旬陽(yáng)水電站發(fā)電系統(tǒng)調(diào)峰方案設(shè)計(jì)

旬陽(yáng)水電站發(fā)電系統(tǒng)調(diào)峰方案設(shè)計(jì)

1東北方發(fā)電站第5級(jí)漢江水庫(kù)位于陜西省安康地區(qū)漢江水庫(kù)附近。這是漢江上游規(guī)劃的七個(gè)高級(jí)開(kāi)發(fā)區(qū)的第五部分。上游與已建成的康康水庫(kù)相連65.5公里，下游與蜀河水庫(kù)相連。旬陽(yáng)水電站為河床式電站,以發(fā)電為主、兼航運(yùn)功能,在系統(tǒng)中運(yùn)行方式以調(diào)峰為主。電站總裝機(jī)容量320MW,最大毛水頭23.5m,最小毛水頭8m,額定水頭21m。2機(jī)械的選擇該水電站運(yùn)行毛水頭為8～23.5m,可選用軸流轉(zhuǎn)槳式和燈泡貫流式水輪機(jī)。針對(duì)該電站水頭和裝機(jī)規(guī)模比較大等特點(diǎn),需對(duì)軸流和貫流2種機(jī)型進(jìn)行較全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選。2.1技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較旬陽(yáng)水電站裝機(jī)容量為320MW,考慮運(yùn)輸條件、設(shè)備運(yùn)行等的靈活性,裝機(jī)臺(tái)數(shù)有3,4和5臺(tái)軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組3個(gè)方案,單機(jī)容量分別為106.7,80和64MW。技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表1。綜合比較3,4和5臺(tái)機(jī)各方案,技術(shù)上沒(méi)有明顯差異,3臺(tái)機(jī)方案由于進(jìn)水口高度增加,使機(jī)組進(jìn)水口布置更加困難;4臺(tái)機(jī)方案電氣主接線(xiàn)簡(jiǎn)單,梯級(jí)電站之間流量匹配、調(diào)度靈活。且總投資差異較大,電站總投資3臺(tái)機(jī)方案較4臺(tái)機(jī)方案多2652萬(wàn)元,5臺(tái)機(jī)方案較4臺(tái)機(jī)方案多4682萬(wàn)元。因此推薦4臺(tái)軸流機(jī)方案與貫流機(jī)型比選。2.2永通道電流機(jī)參數(shù)和安裝臺(tái)數(shù)的選擇從旬陽(yáng)水電站總裝機(jī)容量和水頭分析,可選擇6,7和8臺(tái)燈泡貫流式機(jī)組3個(gè)方案,單機(jī)容量分別為53.3,45.7和40MW。2.2.1經(jīng)濟(jì)比較旬陽(yáng)水電站燈泡貫流式機(jī)組臺(tái)數(shù)比較詳見(jiàn)表2。從表2看出,6臺(tái)機(jī)方案總投資最少。2.2.2方案38臺(tái)機(jī)在中國(guó)制造可行性分析貫流式機(jī)組方案水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)制造難度比較詳見(jiàn)表3。從表3可知,旬陽(yáng)水電站方案3(8臺(tái)機(jī)),其設(shè)計(jì)、制造難度沒(méi)有超過(guò)已運(yùn)行的洪江水電站,因此在中國(guó)制造是可行的。方案1(6臺(tái))和方案2(7臺(tái))的設(shè)計(jì)、制造難度較大,對(duì)比分析如下:(1)轉(zhuǎn)輪葉片難度旬陽(yáng)水電站方案1和方案2水輪機(jī)的制造工藝難度系數(shù)TD=0.627～0.727,雖然位于當(dāng)前國(guó)內(nèi)外大型燈泡貫流機(jī)組的領(lǐng)先水平,但中國(guó)國(guó)內(nèi)已有制造加工轉(zhuǎn)輪直徑7.5m的業(yè)績(jī),因此加工旬陽(yáng)水電站機(jī)組轉(zhuǎn)輪直徑5.2～5.6m的轉(zhuǎn)輪葉片難度不大。(2)發(fā)電機(jī)冷卻方面旬陽(yáng)水電站機(jī)組無(wú)論是單機(jī)容量53.3MW還是46MW,均屬于大型燈泡貫流式機(jī)組,在發(fā)電機(jī)冷卻方面,其難度與洪江水電站機(jī)組相當(dāng),僅次于日本只見(jiàn)水電站機(jī)組,因此旬陽(yáng)水電站的通風(fēng)冷卻難度較為突出。(3)種新的發(fā)電機(jī)組旬陽(yáng)水電站機(jī)組的發(fā)電機(jī)綜合制造難度系數(shù)為6.08～6.5,僅次于日本只見(jiàn)水電站機(jī)組的6.72,與洪江水電站機(jī)組的6.47相當(dāng),因此制造旬陽(yáng)水電站燈泡貫流水輪發(fā)電機(jī)組有一定的難度。(4)活性混凝土燈景機(jī)組燈泡體強(qiáng)度設(shè)計(jì)主要取決于作用在燈泡體的水推力、重力和浮力等,這些力不僅與水頭有關(guān)而且與機(jī)組容量(燈泡)大小有關(guān)。這些力中水推力與水頭關(guān)系更直接,該力的大小與燈泡體所承受的最大水頭及燈泡體直徑D2有關(guān)。為便于與旬陽(yáng)水電站機(jī)組比較,計(jì)算出幾個(gè)國(guó)際上比較有特色的大型燈泡機(jī)組作用于燈泡體上的水推力,見(jiàn)表4。從表4看出,旬陽(yáng)水電站機(jī)組燈泡體強(qiáng)度設(shè)計(jì)制造難度處于目前國(guó)內(nèi)外較高水平。并且該電站河道洪枯水位變化較大,在設(shè)計(jì)洪水位(240m)和校核洪水位(243.2m)時(shí),機(jī)組中心高程(202.6m)淹沒(méi)深度高達(dá)37.4～40.6m,燈泡體的強(qiáng)度、支撐及密封等問(wèn)題,與平原河道水電站中使用的機(jī)組相比更增加了一定的難度。(5)種方案在技術(shù)上的比較發(fā)電機(jī)尺寸、推力軸承所承受的軸向水推力在設(shè)計(jì)制造技術(shù)上是可行的。從表3分析比較看,方案1(6臺(tái))和方案2(7臺(tái))雖均有較大設(shè)計(jì)和制造難度,但在技術(shù)上都可行。綜合考慮機(jī)組設(shè)計(jì)和制造難度、電站投資、施工進(jìn)度、電氣主接線(xiàn)方式等因素,在此推薦6臺(tái)燈泡貫流式機(jī)組方案。3軸流和輸出流兩種類(lèi)型的比較根據(jù)前面對(duì)軸流和貫流機(jī)型各自的比較結(jié)果,在此以4臺(tái)軸流和6臺(tái)貫流機(jī)組2套方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,見(jiàn)表5。(1)機(jī)組火炬效率分析電站總投資6臺(tái)機(jī)方案比4臺(tái)機(jī)方案多1046萬(wàn)元。另外6臺(tái)機(jī)組方案比4臺(tái)機(jī)組方案每年多發(fā)約4GWh電(約合120萬(wàn)元),約需9a可以抵償。因此從經(jīng)濟(jì)上比較兩方案無(wú)明顯差異。(2)大型貫流式機(jī)組運(yùn)行難度仍雖然6臺(tái)機(jī)組方案從水頭、單機(jī)容量看在中國(guó)已有一定的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),但仍然屬于大型貫流式機(jī)組,其設(shè)計(jì)、制造等難度仍是不可輕視的,再加上機(jī)組臺(tái)數(shù)較多,貫流機(jī)組的交貨期必將大大延后于軸流機(jī)組的交貨期。(3)最大運(yùn)輸件為風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架根據(jù)旬陽(yáng)水電站現(xiàn)有的交通狀況,機(jī)電各重大件運(yùn)輸可考慮鐵路和公路2種運(yùn)輸方式。4臺(tái)軸流機(jī)組方案轉(zhuǎn)輪體重約60t,尺寸約?3.3m×3.4m,不存在公路運(yùn)輸困難。其它大件如主變壓器、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中心體、下機(jī)架中心體、推力頭和推力鏡板、橋機(jī)主梁等的運(yùn)輸重量均小于100t,此時(shí)主變壓器需按組合式三相變考慮,其中最大運(yùn)輸件轉(zhuǎn)子中心體直徑約4m,采用公路運(yùn)輸尚可。6臺(tái)貫流式機(jī)組方案,運(yùn)輸最重件為主變99t(普通三相式),可公路運(yùn)輸。運(yùn)輸最大件為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架,尺寸約?5.6m×1.9m,若按以往采用工地焊接支臂,則不存在運(yùn)輸困難,但由于近幾年投運(yùn)的大型貫流機(jī)組頻頻出現(xiàn)支臂裂縫,因此對(duì)轉(zhuǎn)子支架的受力、材料、結(jié)構(gòu)形式和焊接結(jié)構(gòu)必須引起高度重視,有的廠(chǎng)家已經(jīng)開(kāi)始考慮研究采用整體支架結(jié)構(gòu),但這樣勢(shì)必增加運(yùn)輸難度,尤其對(duì)旬陽(yáng)水電站這樣的大型機(jī)組更是困難。因而從運(yùn)輸看,選用4臺(tái)軸流機(jī)組方案更有利。4方案二:表面活性劑型方案流式機(jī)從設(shè)計(jì)、制造難度和交貨期上對(duì)比,旬陽(yáng)水電站若選用貫流機(jī)組單機(jī)容量53MW,最大毛水頭23.5m的燈泡貫流式機(jī)組是可行的,貫流與軸流機(jī)組2種機(jī)型方案均可用于旬陽(yáng)水電站。但旬陽(yáng)水電站燈泡貫流式機(jī)組的設(shè)計(jì)、制造綜合難度處于國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先水平,中國(guó)能單獨(dú)承擔(dān)設(shè)計(jì)和制造的廠(chǎng)家較少,因而增加了招投標(biāo)難度,交貨期難以保證。同時(shí)從近年來(lái)