葡萄牙皮科特二級電站改造

[德國]N.馬汀斯 等

葡萄牙皮科特二級電站改造

[德國]N.馬汀斯 等

在過去幾年中,對大型水電工程越來越多的投資推動著發(fā)電市場迅速發(fā)展。這一趨勢導(dǎo)致總承包式機(jī)電工程的需求增多,從而迫使傳統(tǒng)的水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)制造商必須增強(qiáng)實(shí)力,以成為整座電站所需設(shè)備的供應(yīng)商。葡萄牙的皮科特二級工程即是一項(xiàng)總承包工程的成功范例,況且這類合同中還蘊(yùn)含著一些特殊的挑戰(zhàn)。

水電站;水電站改建;水電站升級;皮科特二級電站;葡萄牙

在過去幾年間,對大型水電站日益增加的投資使發(fā)電市場異常活躍。公用事業(yè)公司以不同的方式,從設(shè)計(jì)-采購-施工(EPC)合同到按常規(guī)分解為幾個(gè)獨(dú)立的合同參與工程的修建。方案的選擇取決于各種因素,包括能源政策、政府是否拍賣水電站的經(jīng)營權(quán)、過往經(jīng)驗(yàn)以及對工程融資模式的理解等。如果工程由公用事業(yè)公司獨(dú)力設(shè)計(jì)開發(fā)(老牌的發(fā)電公司往往這樣),那么一般還是傾向于在一定范圍內(nèi)涉足具體的事項(xiàng)和選擇設(shè)備供應(yīng)商。

在其他一些市場,有種趨勢是將工程承包合同的簽訂分為兩大塊:即土木工程和機(jī)電設(shè)備。

機(jī)電工程以交鑰匙方式承包(即總承包)的趨勢要求傳統(tǒng)的水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)制造商需進(jìn)一步增強(qiáng)實(shí)力,以便成為整座電站機(jī)電設(shè)備的供應(yīng)商。本文主要展示了如何在電站設(shè)計(jì)和電站優(yōu)化布局中,用適當(dāng)?shù)膶I(yè)技術(shù)來解決交鑰匙工程中所面臨的挑戰(zhàn)。

1 工程概述

在過去幾年中,福伊特水電公司增強(qiáng)了作為全套設(shè)備供應(yīng)商的實(shí)際能力,能夠?yàn)樗娬咎峁┤椎臋C(jī)電設(shè)備,如葡萄牙EDP公司的皮科特二級電站工程。

皮科特二級電站工程包括升級改造已建的水電站。該電站位于國際河流杜羅(Douro)河上,它是目前EDP在葡萄牙開發(fā)的幾座新電站中的其中一座。

新的地下電站將裝備1臺發(fā)電機(jī)組:裝機(jī)容量為248 MW/273 MVA的混流式水輪機(jī),其運(yùn)行時(shí)的過流量為400 m3/s,凈水頭為66.6 m。目前正在安裝主要機(jī)械設(shè)備,電站計(jì)劃于2011年10月投入商業(yè)運(yùn)行。

新電站需要建造全新的水力系統(tǒng),新修建的長300 m、直徑為10.7 m的進(jìn)水隧洞將水引到蝸殼;尾水隧洞長150 m,直徑為11.3 m;疊梁位于隧洞的中間段。

發(fā)出的電以18 kV的電壓通過離相封閉母線輸送到機(jī)組變壓器,變壓器安裝在鄰近主洞室的室內(nèi);然后由220 kV的絕緣電纜輸送電力,該電纜穿過長55 m的隧洞和深180 m的豎井,然后在豎井的頂部,由架空線路將其與國家電力傳輸公司(REN)電網(wǎng)相連。

工程的兩個(gè)主要部分是水力系統(tǒng)和電站本身。

2 水力系統(tǒng)

水力系統(tǒng)包含由平臺和傾斜孔口形成的引水口。引水口分為2個(gè)寬11.3 m、高20 m的孔口,每個(gè)孔口均由固定的攔污柵保護(hù),疊梁和2扇寬4.2 m、高10.6 m的安全閘門就布置在攔污柵的后面。

引水隧洞的起始段為傾斜擴(kuò)展型,直徑為10.7 m,長106 m;接著是近乎水平的洞段,水平洞段長142.1 m,直徑為10.7 m,由一段長40 m的鋼管與電站相連。該鋼管在蝸殼連接處的直徑從10.7 m逐漸縮減為7.4 m。

從水輪機(jī)尾水管延伸出去的尾水隧洞的直徑為11.3 m,與尾水泄流相連。尾水渠被一個(gè)混凝土的中墩分成兩半,中墩設(shè)計(jì)有槽,以便為 2扇寬4.3 m、高11.41 m的疊梁提供門槽。

引水閘門由安裝在外部平臺上的液壓系統(tǒng)借助于接力器進(jìn)行操作。液壓系統(tǒng)、現(xiàn)地控制系統(tǒng)和電氣開關(guān)柜均布置在該平臺側(cè)邊的小室里。

為方便操作疊梁,可將疊梁布置于2處截面中的任意一處。還將安裝一臺吊車,該吊車也可作為攔污柵的清污機(jī)械。

尾水隧洞的疊梁也由液壓系統(tǒng)進(jìn)行操作,接力器安裝在疊梁室內(nèi)。行走吊車也將安裝在這個(gè)室內(nèi),以便實(shí)施裝配和維護(hù)。

3 電 站

電站修建在長68 m、寬23 m的地下洞室內(nèi),其發(fā)電機(jī)組區(qū)域的寬度為58 m,安裝區(qū)寬26 m。

為了安裝機(jī)械和電氣設(shè)備,將洞室設(shè)計(jì)為4個(gè)主要層面,即:

(1)水輪機(jī)層,布置在高程382.8 m處;

(2)發(fā)電機(jī)層,布置在高程387.3 m處;

(3)主要層,布置在高程392.3 m處;

(4)電氣輔助設(shè)備安裝層,布置在高程397.5 m處。

安裝了一臺橋式起重機(jī)以裝卸設(shè)備部件并將其運(yùn)到主洞室。起重機(jī)的容量為600 t,跨度23 m。橋式起重機(jī)可沿洞室的整個(gè)長度方向移動,通過各層上的開孔,可將設(shè)備裝載并運(yùn)送到電站的各個(gè)層面。

主洞室內(nèi)安裝有248 MW的混流式水輪機(jī)和額定功率為273 MVA、18 kV的發(fā)電機(jī),其功率因素為0.9。電站的輔助系統(tǒng),包括水輪機(jī)的調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)、軸承、液壓裝置、冷卻水系統(tǒng)和機(jī)組監(jiān)測系統(tǒng)分別布置在不同的層面上。

連接發(fā)電機(jī)到機(jī)組變壓器的18 kV的電壓裝置,包括9 500 A/72 kA的離相封閉母線、發(fā)電機(jī)斷路器、為電站輔助設(shè)備供電的2臺變壓器和1臺開關(guān)柜。

電站將采用DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行控制,這樣可實(shí)現(xiàn)電站全自動運(yùn)行。EDP遠(yuǎn)程控制中心可對位于雷格瓜(Regua)的水電站進(jìn)行遠(yuǎn)方控制,葡萄牙國家電網(wǎng)REN調(diào)度中心可進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度。

278 MVA-18/220 kV的分相變壓器布置在一個(gè)單獨(dú)的洞室內(nèi),離主洞室安裝側(cè)的頂部約20 m。封閉母線從發(fā)電機(jī)接出,經(jīng)過同一層各自的母線廊道,連接到變壓器的端子上。

作為與REN電網(wǎng)的互聯(lián)點(diǎn),裝備有斷路器和變壓器保護(hù)設(shè)備的220kV GIS開關(guān)柜,也將被安裝在變壓器洞室內(nèi)。

1條220 kV的絕緣電纜將安裝在地下220 kV的開關(guān)柜和電站外220 kV的架空線路之間。這些單相電纜需要先穿過隧洞,然后向上穿過高度大約為180 m的豎井,在豎井的頂部與架空線路相連。

在外部溫度適中的條件下,電站的日常通風(fēng)是以自然通風(fēng)為主,一旦自然進(jìn)氣不足,抽氣機(jī)將進(jìn)行機(jī)械幫助。新鮮空氣通過交通隧洞輸入,濁氣則通過通風(fēng)井和電纜井排出。

為了確保電站能夠安全運(yùn)行,在整個(gè)電站的最佳地點(diǎn),將安裝電站系統(tǒng)及其設(shè)備的廣域保護(hù)裝置。計(jì)劃中的電站系統(tǒng)的電氣保護(hù)對象包括:30 kV裝置、低壓柜、1臺事故緊急柴油發(fā)電機(jī)、整流器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、電池系統(tǒng)、照明和插座、通訊系統(tǒng)、電氣保護(hù)、儀表檢測和視頻監(jiān)視系統(tǒng)。

附加的電站系統(tǒng)的機(jī)械保護(hù)對象包括:通用消防保護(hù)系統(tǒng)、機(jī)組變壓器微滴消防保護(hù)和電站排水系統(tǒng)。

包括全部機(jī)電設(shè)備的供應(yīng)在內(nèi),該工程面臨著以下一些挑戰(zhàn):

(1)整個(gè)電站系統(tǒng)和設(shè)備的設(shè)計(jì);

(2)根據(jù)布局和功能,對電站實(shí)施一體化;

(3)接口的一體化;

(4)確保電站布置能便于維修。

有些設(shè)備是在電站系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的,比如:水力鋼結(jié)構(gòu)、鋼管、排水系統(tǒng)和吊車等。這些設(shè)備與其他系統(tǒng)或設(shè)備會有多個(gè)接口。

福伊特水電公司開發(fā)了專門用于水電站計(jì)算和設(shè)計(jì)的工具,以此可對電站進(jìn)行高效而精確的設(shè)計(jì)。

對電站內(nèi)的其他設(shè)備和系統(tǒng)采用了不同的設(shè)計(jì)方法。根據(jù)合同條款的要求,首次對電站的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì),然后根據(jù)總體布局、與土木工程結(jié)構(gòu)的接口定義和功能一體化的要求,對整座電站的各獨(dú)立設(shè)計(jì)方案進(jìn)行集成。

整個(gè)過程需要完成以下幾個(gè)步驟:優(yōu)化電站布局,檢查設(shè)備的接口并設(shè)計(jì)各系統(tǒng)的路線,如通風(fēng)管道、冷卻水管路、油路和消防水管道。為使整座電站的各獨(dú)立設(shè)計(jì)最終能夠完美集成,福伊特水電公司使用了一種特殊工具,其中包含了所有的設(shè)備和系統(tǒng)。只有在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后,內(nèi)部或電站設(shè)備的分供應(yīng)商才能開始進(jìn)行部件的設(shè)計(jì)。

細(xì)部設(shè)計(jì)方案由福伊特水電公司電站電氣或機(jī)械保護(hù)設(shè)計(jì)組進(jìn)行修改,電站設(shè)計(jì)者予以配合。然后將修改后的結(jié)果集成在3D模型內(nèi),用于獲取電站布局的細(xì)部優(yōu)化。

4 結(jié) 論

福伊特水電公司為許多小型和大型水電工程提供了交鑰匙(總承包)方案,其中包括葡萄牙的皮科特二級電站改造工程。這就充分說明,擁有一支具有豐富經(jīng)驗(yàn)的機(jī)械和電氣工程師隊(duì)伍,有助于建立可靠的合作關(guān)系,能夠按時(shí)且在成本預(yù)算內(nèi)優(yōu)化交鑰匙(總承包)水電工程;同時(shí),這種方法也非常適宜于未來像皮科特二級電站改造這樣的水電工程建設(shè)。

劉澤文 譯自英刊《水電與大壩》2010年第5期

黃守宣 校

TV739

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2011-08-06