莫烏河水電站水力機械設(shè)計與設(shè)備選型

周永富

(自貢市水利電力建筑勘測設(shè)計院，四川自貢，643000)

莫烏河水電站位于云南省金平縣莫烏河上，距金平縣城約108km，屬高水頭引水式電站，是僅以發(fā)電為單一任務(wù)的小型水電站工程。電站裝機容量12MW，多年平均發(fā)電量5478萬kW·h，年利用小時數(shù)4565h。本文介紹該電站水力機械的設(shè)計與設(shè)備的選型。

1 水力機械設(shè)計

1.1 設(shè)計參數(shù)

設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 莫烏河水電站設(shè)計參數(shù)

1.2 水輪機型式及裝機臺數(shù)選擇

本電站水輪機工作水頭范圍為506.59m～547.94m，加權(quán)平均水頭為536.39m，裝機容量12MW。根據(jù)國內(nèi)主要主機制造廠現(xiàn)有轉(zhuǎn)輪資料及國內(nèi)同類相近電站資料，適應(yīng)本電站水頭、流量變化范圍的只有沖擊式水輪機 (國內(nèi)混流式小型水輪機應(yīng)用在400m水頭以下)。目前，國內(nèi)沖擊式水輪機在600m水頭段的設(shè)計和制造能力都比較成熟，可行性研究階段考慮工程投資、運行管理等綜合因素，對裝機臺數(shù)進行了比較，確定本電站裝機兩臺的方案。

1.3 機組參數(shù)選擇

目前國內(nèi)較為常用的沖擊式轉(zhuǎn)輪有CJA237、CJA475、CJA870等轉(zhuǎn)輪，其中 CJA870為哈電生產(chǎn)，應(yīng)用在1000m以上水頭段，轉(zhuǎn)輪專門從挪威引進。CJA475的推薦使用水頭為1000m以下，但實際應(yīng)用未超過600m;CJA237的推薦使用水頭為600m以下，但在實際工程中已經(jīng)使用到900m左右水頭。經(jīng)真機參數(shù)比較及考慮到穩(wěn)妥可靠，本工程推薦使用CJA237轉(zhuǎn)輪。因本電站轉(zhuǎn)輪直徑及噴嘴直徑均較小，采用臥軸布置更經(jīng)濟。為了充分利用水能，發(fā)揮工程最大效益，未采用常規(guī)的125cm標(biāo)準(zhǔn)直徑。本電站主要機械設(shè)備參數(shù)見表2。

表2 主要水力機械設(shè)備參數(shù)

1.4 水輪機安裝高程

考慮下游洪水位、減少水頭損失、廠房開挖量、與進廠公路銜接、排空和通氣高度要求等，確定水輪機安裝高程為672.50m(廠房地坪671.59m)。

1.5 調(diào)節(jié)保證計算

本電站為高水頭引水式電站，引水系統(tǒng)由沉砂池、無壓隧洞、暗渠、前池、壓力管道等組成。根據(jù)調(diào)保計算機組轉(zhuǎn)動慣量GD2不小于20t.m2，取折向器關(guān)閉時間為3s，噴針關(guān)閉時間為10s，機組速率最大上升值為29.26%，最大壓力上升為23.91%，均滿足規(guī)范要求。

2 電站輔助機械設(shè)備選擇

2.1 水系統(tǒng)

本電站供水系統(tǒng)包括技術(shù)供水和消防及生活供水。技術(shù)供水系統(tǒng)供水對象有水輪發(fā)電機組冷卻及潤滑用水，每臺機組的用水設(shè)備有發(fā)電機推力軸承油冷卻器、導(dǎo)軸承油冷卻器等。根據(jù)設(shè)備制造廠家提供的數(shù)據(jù)，單臺機組技術(shù)用水量約為80m3/h。

消防供水系統(tǒng)供水對象有廠房消火栓、發(fā)電機滅火、廠區(qū)戶外消火栓。消防系統(tǒng)用水量約為50m3/h(最大)。

生活供水為廠區(qū)生活用水。本電站水頭高，從壓力鋼管取水從能量和安全角度考慮均不合適。經(jīng)對高位水池和循環(huán)供水進行比較，因本電站海拔較低，尾水冷卻器上易生長水草，影響冷卻器效果。綜合各方面考慮，選擇設(shè)高位水池方式，優(yōu)先使用就近天然水源補水，并在廠房設(shè)置補水水泵，從尾水抽水補充與天然水源補水互為備用。機組使用高位水池水，經(jīng)過濾后進行冷卻和潤滑。設(shè)置兩套全自動濾水器，消防水及技術(shù)供水各設(shè)一套。

技術(shù)供水主管取自高位水池72m3上部，保證消防用水不做它用，水池有效容積為200m3左右。

本電站下游尾水位低，廠內(nèi)所有滲漏及檢修排水均通過管道自流排入尾水渠。

2.2 油系統(tǒng)

本電站油系統(tǒng)不敷設(shè)專門管路，且業(yè)主在鄰近流域建有電站，設(shè)有油處理及化驗設(shè)備，故本電站僅設(shè)兩臺KCB－83.3型移動式油泵，兩臺0.5m3移動油車。

2.3 壓縮空氣系統(tǒng)

本電站選用的調(diào)速器及進水閥均為自帶儲能裝置，不需要額外壓縮空氣系統(tǒng)供氣，僅設(shè)置一臺移動式低壓空氣壓縮機供檢修吹掃使用。

2.4 水力測量系統(tǒng)

本電站全廠性監(jiān)測設(shè)有上游水位、下游水位、攔污柵前后壓差測量，機組段測量設(shè)有水輪機進口壓力、技術(shù)供水壓力、噴嘴進口壓力及操作腔壓力和偏流器操作腔壓力。

3 水力機械設(shè)備布置

本電站主、副廠房為地面式單層廠房。主廠房內(nèi)安裝有二臺臥軸沖擊式水輪發(fā)電機組，機組間距為13.00m，主機間長度為27.00m，安裝間布置在主廠房的右側(cè)，長度為10.5m，主廠房總長度為37.5m。廠房上游側(cè)為球閥間，寬4.00m，長22.5m。廠房總寬度16.935m。

機組上游側(cè)每臺機組進水口前布置有QF700－WY－60型球閥，其上布置有一臺CD110－6D型電動葫蘆

CJWT－2/2－16調(diào)速器布置在機組的上游側(cè)，高位水池補水泵房設(shè)置在廠房左側(cè)，設(shè)置兩臺高位水池補水泵。全自動濾水器設(shè)置在球閥間。

機組安裝高程為672.5m，廠房地面高程為671.69m，壓力管道中心高程為670.917m，閥坑地面高程為671.69m，尾水室底板高程為668.00m。吊車軌頂高程679.24m，其上布置有電動雙梁橋式起重機1臺。

4 結(jié)語

莫烏河電站裝機容量較小，在設(shè)計中盡量簡化了油、氣、水、測量系統(tǒng)，使水電站布置更整潔寬敞，同時也降低了工程造價。對于小型水電站，使用自帶儲能氣囊的高油壓組合式油壓裝置，可以減小設(shè)備尺寸，節(jié)省中壓壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)備投資，在小型水電站應(yīng)用越來越多。

〔1〕湖北省水利勘測設(shè)計院.小型水電站機電設(shè)計手冊 (水力機械).北京:水利電力出版社，1985.

〔2〕駱如蘊.水電站動力設(shè)備設(shè)計手冊.北京:水利電力出版社，1989.