靳向波

（山西省汾河二庫(kù)管理局，山西 太原 030001）

汾河二庫(kù)水電站生態(tài)機(jī)組選型設(shè)計(jì)

靳向波

（山西省汾河二庫(kù)管理局，山西 太原 030001）

介紹了汾河二庫(kù)基本情況，為充分利用水資源，提高電站效益，達(dá)到生態(tài)放水的要求，根據(jù)二庫(kù)調(diào)度運(yùn)行報(bào)告，有必要對(duì)汾河二庫(kù)水電站新增生態(tài)機(jī)組。對(duì)水電站新增生態(tài)機(jī)組的選型設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述，可為同類機(jī)組設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。

機(jī)組選型；水電站；汾河二庫(kù)

1 工程概況

汾河二庫(kù)位于太原市尖草坪區(qū)與陽(yáng)曲縣交界處玄泉寺附近的汾河干流上，距上游汾河水庫(kù)80km，距下游太原市區(qū)30km，主要攔蓄汾河一庫(kù)、二庫(kù)區(qū)間流域2348km2的來(lái)水，是一座以防洪、供水為主，兼顧發(fā)電、旅游、養(yǎng)殖等綜合效益的大（二）型水利樞紐工程。大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高88m，總庫(kù)容1.33億m3。

水電站位于大壩右岸發(fā)電支洞出口，設(shè)計(jì)流量36.5m3/s，設(shè)計(jì)水頭34.5m。裝機(jī)容量3×3200kW，裝機(jī)臺(tái)數(shù)3臺(tái)，水輪機(jī)安裝高程853.40m。水電站主廠房總長(zhǎng)43.5m，寬12m，高24.07m。屋面梁底高程870.90m，廠房在高程860.20m以上為磚混結(jié)構(gòu)，以下為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。三臺(tái)發(fā)電機(jī)組中心間距10m。副廠房位于主廠房上游，總長(zhǎng)43.5m，寬7.2m，高13.3m，為3層磚混結(jié)構(gòu)。

根據(jù)汾河二庫(kù)調(diào)度運(yùn)行報(bào)告，汾河二庫(kù)發(fā)電調(diào)度方式為利用水庫(kù)工農(nóng)業(yè)供水和汛期水庫(kù)棄水發(fā)電，在來(lái)水為保證率以內(nèi)的供水期，電站的出力應(yīng)不小于電站的保證出力；在保證率以外的供水期，應(yīng)盡量減少水電站出力的降低程度。本次新增4號(hào)機(jī)組設(shè)計(jì)流量1.5～2.5m3/s，根據(jù)汾河二庫(kù)周出庫(kù)水量統(tǒng)計(jì)資料可以看出，二庫(kù)放水時(shí)間相對(duì)集中，放水時(shí)流量較大，多在9m3/s左右，完全可滿足機(jī)組發(fā)電流量。

2 生態(tài)機(jī)組建設(shè)必要性

汾河干流最小流量為4.5m3/s，減去晉祠泉域內(nèi)汾河河道平均滲漏量和汾河二庫(kù)滲漏，汾河二庫(kù)長(zhǎng)年向下游放水流量約2.0m3/s，為使生態(tài)機(jī)組適應(yīng)水庫(kù)最高水位和最低水位的運(yùn)行要求，適用流量范圍加大，機(jī)組流量范圍取1.5～2.5m3/s。汾河二庫(kù)水電站原三臺(tái)機(jī)組于2007年建成并網(wǎng)發(fā)電，單機(jī)設(shè)計(jì)流量12.17m3/s，原有機(jī)組在1.5～2.5m3/s流量下無(wú)法運(yùn)行發(fā)電，致使能源白白浪費(fèi)，為充分利用水資源，合理利用水能，提高水電站效益，有必要對(duì)汾河二庫(kù)水電站新增一臺(tái)生態(tài)機(jī)組，利用小流量發(fā)電，同時(shí)達(dá)到生態(tài)放水的要求。

3 機(jī)組設(shè)計(jì)方案

對(duì)生態(tài)機(jī)組進(jìn)行水能復(fù)核后，機(jī)組設(shè)計(jì)流量1.5～2.5m3/s，設(shè)計(jì)發(fā)電水頭45.0m，可選用1臺(tái)水輪機(jī)，型號(hào)為HLA630-WJ-65，單臺(tái)機(jī)出力795kW；配套發(fā)電機(jī)型號(hào)為SFW800-8/1180，容量800kW。本次新增水力機(jī)械設(shè)備包括水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、調(diào)速器及進(jìn)水閥等主要設(shè)備以及機(jī)組輔助系統(tǒng)設(shè)備。

3.1 水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備選型

根據(jù)復(fù)核后本機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備進(jìn)行選型。在運(yùn)行水頭（25～50m）段適合的轉(zhuǎn)輪型號(hào)有HLA696和HLA630，經(jīng)計(jì)算，單位轉(zhuǎn)數(shù)和單位流量分別對(duì)應(yīng)到兩轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線上，在設(shè)計(jì)工況下，工作點(diǎn)均位于高效率區(qū)內(nèi)，HLA696轉(zhuǎn)輪對(duì)應(yīng)的效率為93.2%，空化系數(shù)為0.07；HLA630轉(zhuǎn)輪對(duì)應(yīng)的效率為93.7%，空化系數(shù)為0.07。經(jīng)綜合比較，HLA630的效率較高，本階段推薦HLA630轉(zhuǎn)輪，型號(hào)為HLA630-WJ-65，配套發(fā)電機(jī)型號(hào)為SFW800-8/1180。

3.2 水輪機(jī)安裝高程確定

經(jīng)計(jì)算，吸出高度為3.78m，水輪機(jī)理論安裝高程為856.35m，實(shí)際安裝值856.00m，低于理論計(jì)算值，滿足要求。

3.3 調(diào)節(jié)保證計(jì)算

通過(guò)計(jì)算，規(guī)范要求壓力管道水錘壓力上升值允許小于50%，本計(jì)算結(jié)果為47.1%；規(guī)范要求機(jī)組速率上升值＜50%的范圍內(nèi)，本計(jì)算結(jié)果為27.6%。因此本機(jī)組調(diào)保計(jì)算結(jié)果滿足要求。

3.4 水輪機(jī)附屬設(shè)備復(fù)核選型

根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算機(jī)組調(diào)速功為345kg·m，選配BWT-600型微機(jī)調(diào)速器，經(jīng)復(fù)核容量滿足要求。水輪機(jī)進(jìn)水閥門選用電動(dòng)蝶閥，型號(hào)為D941X-6，公稱直徑1000mm，公稱壓力1.0MPa。

3.5 電站輔助機(jī)械設(shè)備

3.5.1 供排水系統(tǒng)

電站用水設(shè)備為發(fā)電機(jī)徑向推力軸承冷卻器、發(fā)電機(jī)徑向?qū)лS承冷卻器及廠內(nèi)生活用水。由于本電站為中低工作水頭，且水庫(kù)水質(zhì)較好，技術(shù)供水從水輪機(jī)蝸殼取水，經(jīng)自動(dòng)濾水器后直接接入技術(shù)供水管，分別接入各軸承冷卻器。各軸承冷卻器排水及廠內(nèi)生活排水、廠房滲漏水均通過(guò)排水管直接排入尾水渠。

3.5.2 供氣系統(tǒng)

機(jī)組制動(dòng)為調(diào)速器油壓制動(dòng)，不設(shè)專門的供氣設(shè)備。吹掃用氣接自原電站吹掃管路。

3.5.3 水力監(jiān)視測(cè)量系統(tǒng)

監(jiān)視測(cè)量?jī)?nèi)容包括水輪機(jī)工作水頭、蝸殼進(jìn)口壓力、尾水管出口壓力、技術(shù)供水壓力、示流、溫度及機(jī)組效率等。水電站水力監(jiān)視測(cè)量系統(tǒng)與電站自動(dòng)化設(shè)計(jì)相結(jié)合，選取與自動(dòng)化相配套的智能設(shè)備，除在現(xiàn)場(chǎng)顯示外，還接入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

3.5.4 起吊設(shè)備

電站廠房?jī)?nèi)原來(lái)安裝一臺(tái)30/5t的電動(dòng)雙梁起重機(jī)，滿足安裝要求。

3.6 主要設(shè)備布置

根據(jù)電站地形條件，電站1臺(tái)機(jī)組布置在原油處理室，水輪發(fā)電機(jī)組為臥式安裝，機(jī)組段地面高程855.50m，布置有調(diào)速器、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、機(jī)旁屏，水輪機(jī)安裝高程856.00m，安裝間地面高程860.20m。

3.7 電氣

該水電站新增機(jī)組比選三種接線方式：低壓機(jī)組方案；高壓機(jī)組直接并入6.3kV母線Ⅱ段母線方案；高壓機(jī)組采用單元接線的方式并入35kV變電站母線方案。

3.7.1 接入電力系統(tǒng)方式

本水電站現(xiàn)有上網(wǎng)方式是通過(guò)一回35kV專線接入太原市北城110kV變電站35kV母線。本次改造對(duì)接入電力系統(tǒng)方式不作改變。

3.7.2 電氣主接線比選

電站現(xiàn)有發(fā)電機(jī)采用6.3kV，設(shè)3臺(tái)發(fā)電機(jī)組，單機(jī)功率3200kW，6.3kV側(cè)采用單母線分段接線形式，分別通過(guò)一臺(tái)8000kVA和一臺(tái)6300kVA升壓變壓器升壓至35kV接至變電站35kV出線至汾河二庫(kù)專用變電站后上網(wǎng)。

經(jīng)綜合比較三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)際情況，推薦采用高壓機(jī)組直接并入6.3kV母線Ⅱ段母線方案。

3.7.3 電氣設(shè)備選擇及設(shè)備布置

根據(jù)推薦方案的電氣主接線，電站需新增設(shè)6kV高壓開關(guān)柜4面，其中高壓出線柜1面，勵(lì)磁變壓器柜1面，電壓互感器柜1面，電流互感器柜1面。新增的高壓設(shè)備，選用滿足“五防”要求的KYN28型金屬封閉開關(guān)設(shè)備，斷路器采用真空開關(guān)。其中6kV斷路器選用與原設(shè)計(jì)相同的型號(hào)，型號(hào)為VS1-12。電站現(xiàn)有電氣設(shè)備布置分為三部分，即主廠房、副廠房和35kV變電站，本次新增機(jī)組的電氣設(shè)備布置在主、副廠房。在主廠房?jī)?nèi)發(fā)電機(jī)旁設(shè)置機(jī)組LCU控制屏、勵(lì)磁控制屏和測(cè)溫制動(dòng)屏。6kV高壓出線柜布置在電站原6kV高壓開關(guān)室；勵(lì)磁變壓器柜、電壓互感器柜和電流互感器柜布置在電站原母線廊道勵(lì)磁變壓器室內(nèi)。

3.7.4 控制保護(hù)通信

依據(jù)《電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》《水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件》的規(guī)定，為保證電站運(yùn)行安全、可靠，提高電站運(yùn)行和管理的自動(dòng)化水平，電站按“少人值守”設(shè)計(jì)，采用全計(jì)算機(jī)監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)采用全分布開放式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。本次新增的發(fā)電機(jī)組的監(jiān)控系統(tǒng)采用機(jī)組LCU控制屏，信息并入電站原有的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。現(xiàn)地控制單元將信號(hào)傳送到監(jiān)控主機(jī)，并接受其指令，實(shí)現(xiàn)集中自動(dòng)控制。發(fā)電機(jī)保護(hù)配置過(guò)電流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、低電壓保護(hù)等。通信系統(tǒng)采用電站原有方式。

4 結(jié)語(yǔ)

水電站機(jī)組的選型設(shè)計(jì)合理與否是實(shí)現(xiàn)工程效益的關(guān)鍵，特別是對(duì)于流量要求較為恒定、機(jī)組運(yùn)行范圍較為特別的生態(tài)機(jī)組，在選型設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)結(jié)合工程特點(diǎn)，選擇與電站各項(xiàng)參數(shù)相匹配的主機(jī)。工程完工后，每年可發(fā)電5760h，按上網(wǎng)電價(jià)0.275元/kW·h計(jì)，年收益可達(dá)126萬(wàn)元，項(xiàng)目投資預(yù)計(jì)在兩年內(nèi)完成回收，在經(jīng)濟(jì)上合理可行，對(duì)提高水電站效益將起到重要作用。

TV742

C

1004-7042（2016）05-0038-02

靳向波（1977-），男，1996年畢業(yè)于山西省水利學(xué)校水工建筑專業(yè)，工程師。

2016-03-21；

2016-04-26