水電站增效擴(kuò)容改造工程水力機(jī)械電氣金屬結(jié)構(gòu)及采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)方案

水電站增效擴(kuò)容改造工程水力機(jī)械電氣金屬結(jié)構(gòu)及采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)方案1.1水力機(jī)械1.1.1工程現(xiàn)狀安順會水電站現(xiàn)安裝有三臺水輪發(fā)電機(jī)組,容量為3×320kW。水輪機(jī)為HL300-WJ-60型混流臥式水輪機(jī),額定功率320千瓦,額定轉(zhuǎn)速600轉(zhuǎn)/分,飛逸轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分。配套發(fā)電機(jī)型號為TSWN99/37-10,額定電壓為6300伏,額定電流為31.8安。安順會水電站裝機(jī)三臺,容量為3×320kW,發(fā)電機(jī)型號為TSWN99/37-10,額定電壓為6300伏,額定電流為31.8安，功率因素COSφ=0.8,額定頻率為50赫茲,轉(zhuǎn)速600轉(zhuǎn)/分。發(fā)電機(jī)勵磁采用生產(chǎn)廠家配套的ZL21/13-4型勵磁裝置;主機(jī)控制保護(hù)屏采用生產(chǎn)廠家提供配套的電控成套設(shè)備。調(diào)速器型號為YT-300型手電兩用調(diào)速器;蝶閥為φ1500液壓操作立式。1.1.2主要存在問題(一)安順會水電站運(yùn)行方式為根據(jù)來水量調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷,運(yùn)行特點(diǎn)季節(jié)分明,每年豐水期來水量豐富且含沙量大,產(chǎn)生較嚴(yán)重的泥沙磨損問題,枯水季節(jié)水質(zhì)較好,但水量較少,水力穩(wěn)定性較差,運(yùn)行條件惡劣。（二）電站設(shè)計(jì)水頭21.5米，設(shè)計(jì)流量達(dá)到7.8m3/s。由于建設(shè)施工時選擇機(jī)組偏于保守,致使現(xiàn)裝機(jī)組偏小。電站上游來水豐富,攔河壩調(diào)節(jié)能力又較小,致使水電站長期處于棄水狀態(tài),不能很好地利用水能。應(yīng)以本次改造為契機(jī),適當(dāng)增加發(fā)電量,可以增加發(fā)電量,增加電站的發(fā)電效益。（三）水輪機(jī)組運(yùn)行已有近30年,致使設(shè)備嚴(yán)重老化,絕緣電阻下降嚴(yán)重,過流部件磨損和空蝕,噪音增大,機(jī)組出力明顯下降,穩(wěn)定性差,經(jīng)常停機(jī)和檢修,安全隱患嚴(yán)重,不能保證電站安全運(yùn)行。(四)原設(shè)備性能參數(shù)落后,絕大部分器件已屬淘汰產(chǎn)品,備品備件解決困難;機(jī)組自動控制化水平低;效率低下,機(jī)組效率只能達(dá)到近60%，額定工況的效率大大低于國內(nèi)新開發(fā)的類似水輪機(jī)的效率。(五)發(fā)電機(jī)經(jīng)過三十多年的使用,設(shè)備老化、機(jī)組運(yùn)行故障頻繁，效率下降，不能滿負(fù)荷運(yùn)行，需更新。水力機(jī)械設(shè)備長期在遠(yuǎn)離最優(yōu)工況區(qū)運(yùn)行,既浪費(fèi)能源,又帶來安全隱患,為了充分利用水力資源,迫切需要優(yōu)化機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。1.1.3水輪機(jī)及發(fā)電機(jī)選型根據(jù)復(fù)核后電站設(shè)計(jì)參數(shù),對水輪發(fā)電機(jī)組重新選型。本電站設(shè)計(jì)水頭21.5m，設(shè)計(jì)引水流量7.8m3/s單機(jī)引水流量2.6m3/s,根據(jù)反擊水輪機(jī)適用水頭范圍和現(xiàn)行的中小型水輪機(jī)型譜，適合本電站機(jī)組的轉(zhuǎn)輪型號有HLA551c,對應(yīng)兩轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線,設(shè)計(jì)工況點(diǎn):n1`=84.1r/min;Q1`=1320L/s,效率為η=91.4%,空化系數(shù)為0.14。經(jīng)比較確定本電站機(jī)機(jī)組擬選用混流式水輪機(jī),臥式安裝。水輪機(jī)型號為HLA551c-WJ-65型,配套發(fā)電機(jī)型號為SFW400-10/990。選用水輪發(fā)電機(jī)組參數(shù)見表6-1;HLA551c型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線見圖6-1。水輪發(fā)電機(jī)組參數(shù)表表6-1項(xiàng)目規(guī)格型號水輪機(jī)型號HLA551c-WJ-65裝機(jī)臺數(shù)（臺）3額定水頭(m)21.5轉(zhuǎn)輪直徑D1(m)0.65水輪機(jī)轉(zhuǎn)速ne(rpm)600額定流量Qe(m3/s)2.6水輪機(jī)額定出力(kW)430配套發(fā)電機(jī)型號SFW400-10/990額定功率（kW）400額定電壓（kV）400同步轉(zhuǎn)速（rpm）600圖6-1HLA551c型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線HLA551c-WJ-65型水輪機(jī)性能和特點(diǎn):轉(zhuǎn)輪葉片和導(dǎo)葉加工精度高,轉(zhuǎn)輪采用不銹鋼制作,其抗空蝕、磨損能力強(qiáng),能夠適應(yīng)豐水期泥沙大的運(yùn)行條件。該水輪機(jī)空化系數(shù)較低，穩(wěn)定性較強(qiáng)，高效范圍寬。1.1.4水輪機(jī)安裝高程確定根據(jù)公式:▽安＝▽尾＋Hs-D1/2Hs＝10－▽/900－（σ＋·H-1.0式中：▽尾——最低尾水位;Hs---吸出高度(m)σ---氣蝕系數(shù),0.14;σ---氣蝕系數(shù)修正值,0.05;H---電站設(shè)計(jì)水頭,21.5m,D1---轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑,0.65m,D1——轉(zhuǎn)輪直徑，D1/2=0.33m經(jīng)過計(jì)算,Hs為4.01m,原設(shè)計(jì)水輪機(jī)安裝高程低于理論安裝高程,滿足要求,技改后安裝高程不變。1.1.5調(diào)節(jié)保證復(fù)核1）基本資料機(jī)組臺數(shù)3臺，靜水頭HP=21.5m，機(jī)組額定流量QP=2.6m3/s。機(jī)組型號HLA551c-WJ-65，壓力管道長56m，斷面為圓形，直徑1.5m，結(jié)構(gòu)為鋼管。2）調(diào)保計(jì)算經(jīng)計(jì)算水流加速時間小于3s。因此，不需裝設(shè)任何調(diào)壓設(shè)設(shè)施?！缎⌒退Πl(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50071-2002）要求蝸殼最大允許壓力上升率小于50%，機(jī)組最大轉(zhuǎn)速上升率小于50%的范圍內(nèi)，經(jīng)復(fù)核，本電站調(diào)保計(jì)算結(jié)果滿足要求。1.1.6水輪機(jī)附屬設(shè)備本電站原YT型調(diào)速器已屬于淘汰產(chǎn)品，本次改造更換為YWT-300型小型微機(jī)調(diào)速器,由水輪發(fā)電機(jī)組廠家配套供貨。功能及特點(diǎn)：連接方式為直連手自兩用型。采用可編程及最新電機(jī)技術(shù)，可靠性更高，運(yùn)行維護(hù)更方便,并具有自動或手動、增減負(fù)荷、緊急停機(jī)等功能,實(shí)現(xiàn)機(jī)組的頻率調(diào)節(jié)、自動跟蹤網(wǎng)頻及機(jī)組的快速并網(wǎng)。此調(diào)速器采用可靠性極高的可編程控制器（PLC），能適應(yīng)惡劣運(yùn)行環(huán)境，平均無故障時間為30萬小時,采用智能PID控制及內(nèi)部高速中斷的測頻方式，具有良好的調(diào)節(jié)精度及調(diào)節(jié)品質(zhì)。原機(jī)組進(jìn)水閥為電動蝶閥，其性能落后，經(jīng)多年運(yùn)行，密封不嚴(yán)，漏水嚴(yán)重，電氣裝置也不安全。為了機(jī)組檢修時切斷水源和作為機(jī)組防止飛逸的后備保護(hù)，本次改造更換全部蝶閥，每臺機(jī)組蝸殼前進(jìn)水管上設(shè)置一臺DN1500,PN＝1MPa電動蝶閥,型號為D945X型。本次改造將原勵磁裝置更換新型的KZL型勵磁裝置。1.1.7電站輔助機(jī)械設(shè)備（1）水系統(tǒng)由于電站運(yùn)行日久失修，管路銹蝕嚴(yán)重，排水泵已經(jīng)缺失，本次技改更換原供排水管路、濾水器、閥門等管路設(shè)備。機(jī)組技術(shù)供水水源為取自蝸殼，經(jīng)Y型濾水器后供給各軸承，然后排至尾水管。本次該造對部分水系統(tǒng)管件和設(shè)備更換。（2）油系統(tǒng)本電站設(shè)有透平油系統(tǒng)和絕緣油系統(tǒng)。本電站透平油系統(tǒng)用油設(shè)備主要有調(diào)速器、水輪機(jī)導(dǎo)軸承、發(fā)電機(jī)推力軸承和徑向?qū)лS承用油、剎車用油。本電站絕緣油系統(tǒng)用油設(shè)備主要是變壓器。油設(shè)備有油泵、壓力濾油機(jī)及真空濾油機(jī)。本次該造不留及油系統(tǒng)。（3）壓縮空氣系統(tǒng)本電站氣系統(tǒng)只設(shè)低壓氣系統(tǒng)。低壓氣系統(tǒng)工作壓力0.7MPa，主要供風(fēng)動工具用氣和吹掃用氣。主要設(shè)備為空壓機(jī)。本次該造不留及壓縮空氣系統(tǒng)。（4）水力監(jiān)視測量系統(tǒng)技改后的水力監(jiān)視測量系統(tǒng)與電站自動化設(shè)計(jì)相結(jié)合，選取了與自動化相配套的智能性設(shè)備，除在現(xiàn)場顯示外，還接入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。內(nèi)容包括：上、下游水位監(jiān)測，水輪機(jī)工作水頭、蝸殼進(jìn)出口壓力、尾水管進(jìn)口真空、技術(shù)供水流量、壓力、示流、溫度及機(jī)組效率等監(jiān)測。1.1.8水力機(jī)械主要設(shè)備表水電站改造水力機(jī)械主要設(shè)備見表6-2。電站水力機(jī)械主要改造設(shè)備表表6-2序號名稱規(guī)格單位更新數(shù)量備注1水輪機(jī)HLA551c-WJ-65臺32發(fā)電機(jī)SFW400-10/990臺33調(diào)速器YWT-300臺34電動蝶閥D945X-10/φ1500臺35自動化元件按微機(jī)監(jiān)控配置套31.2電氣1.2.1接入電力系統(tǒng)方式本電站以一條10千伏輸電線路送往電力系統(tǒng),與粟城變電站的10千伏間隔連接,輸電線路長約10公里。1.2.2電氣主接線改造后電站裝機(jī)容量為3×400kW，根據(jù)電氣主接線設(shè)計(jì)要求，結(jié)合水電站裝機(jī)容量和臺數(shù)以及電站的運(yùn)行方式，出線電壓均為0.4KV，系統(tǒng)采用擴(kuò)大單元接線形式，0.4KV側(cè)采用單母線接線方式。三臺機(jī)組各采用一面三合一控制屏接至低壓母線，母線上另接兩面低壓配電屏，其中一面作為站用負(fù)荷配電，另一面作為電站380V出線。發(fā)電機(jī)出線后經(jīng)過兩臺變壓器升壓至10KV母線送至電網(wǎng)。1.2.3主要電氣設(shè)備選擇(一)變壓器選擇電站現(xiàn)有升壓變壓器為SJL系列產(chǎn)品，為上世紀(jì)60年代產(chǎn)品，油耗高，且已嚴(yán)重銹蝕老化，屬于已經(jīng)淘汰的機(jī)電設(shè)備，存在非常大的安全隱患。本次改造機(jī)組為低壓機(jī)組，不設(shè)站用變壓器，低壓電源取自0.4KV母線。根據(jù)電氣主接線方式，考慮到節(jié)能減排要求，本次改造兩臺主變壓器均選用高清潔低耗能的S11系列產(chǎn)品，分別為S11-1000KVA/10/0.4型和S11-500KVA/10/0.4型。(三)高壓開關(guān)柜選擇因本次改造機(jī)組選用低壓機(jī)組，變壓器升壓后10KV升壓設(shè)備選用技術(shù)性能較高，操作方便、滿足“五防”要求的封閉式KYN28A型金屬鎧裝移動式高壓開關(guān)柜。(四)低壓開關(guān)柜選擇電站現(xiàn)有低壓配電屏型號已淘汰，設(shè)備老化，且回路分配不明確。根據(jù)運(yùn)行安全可靠、管理方便等原則，本次改造低壓配電屏選用通過3C認(rèn)證的GCS型抽出式開關(guān)柜。(五)操作電源選擇電站的操作電源采用智能型免維護(hù)直流電源，雙充，配置微機(jī)絕緣檢測裝置，電壓為DC220V。1.2.4電氣設(shè)備布置電氣設(shè)備分為三部分布置，即主廠房、副廠房和10KV升壓站。主廠房發(fā)電機(jī)層設(shè)置機(jī)組三合一控制屏。副廠房基本利用現(xiàn)有副廠房結(jié)構(gòu)，分為中控室、10KV開關(guān)室和低壓配電室，安裝時根據(jù)更新設(shè)備情況對電氣設(shè)備基礎(chǔ)重新布置。升壓站只設(shè)升壓變壓器和出線桿。1.2.5過電壓保護(hù)及接地裝置（1）過電壓保護(hù)根據(jù)《水力發(fā)電廠過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》（DL/T5090）規(guī)定和要求，在10KV升壓站區(qū)域內(nèi)，設(shè)置獨(dú)立式避雷針；在主廠房屋頂設(shè)避雷帶，以防止直接雷擊電力設(shè)備；在10KV母線上裝設(shè)抑制系統(tǒng)過電壓的保護(hù)裝置，防止操作過電壓、弧光接地過電壓的發(fā)生；在10KV線路終端桿上設(shè)置避雷器，防止雷電波通過輸電線路侵入電力設(shè)備，危及電氣設(shè)備絕緣。（2）接地本電站更換設(shè)備與原有接地系統(tǒng)需可靠連接，并使接地電阻滿足規(guī)范要求。由于電站進(jìn)行自動化改造后的接地電阻要求提高，加之電站已投入運(yùn)行多年，其外引接地經(jīng)長期銹蝕，電站接地系統(tǒng)已不能滿足工程需要，本次改造對接地系統(tǒng)采用增加接地輔網(wǎng)的方式，利用人工接地體，將接地電阻降到1歐以下。1.2.6控制、保護(hù)、計(jì)量、通訊由于本工程的設(shè)計(jì)完成于上世紀(jì)八十年代，受當(dāng)時科學(xué)技術(shù)條件、產(chǎn)品功能等限制，沒有進(jìn)行自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?？刂?、保護(hù)、測量、通訊等采用常規(guī)控制、常規(guī)繼電器保護(hù)、常規(guī)測量儀表、載波通訊等，自動化水平低。另外，由于監(jiān)控、保護(hù)設(shè)備的陳舊，其安全性、準(zhǔn)確性、實(shí)時性等已不能保證，電站安全運(yùn)行存在較大隱患。針對電站控制、保護(hù)、測量、通訊等設(shè)備陳舊、無自動化功能的現(xiàn)狀，按照安全可靠、方便實(shí)用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的原則對電站進(jìn)行必要的自動化系統(tǒng)改造，該系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)、微機(jī)保護(hù)、計(jì)量、通訊等幾個部分組成，系統(tǒng)建成后，將實(shí)現(xiàn)集合信息采集、傳輸、優(yōu)化調(diào)度與自動化監(jiān)控于一體的現(xiàn)代化電站管理功能，為電站優(yōu)質(zhì)安全運(yùn)行提供重要保證。監(jiān)控系統(tǒng)：為保證電站運(yùn)行安全、可靠，提高電站運(yùn)行和管理的自動化水平，電站設(shè)置獨(dú)立的自動化系統(tǒng)，設(shè)站級控制和現(xiàn)地控制兩級。站級控制設(shè)監(jiān)控主機(jī)兼操作員工作站一臺，現(xiàn)地控制級采用三合一控制屏對機(jī)組實(shí)施監(jiān)控，將二次測量、控制、保護(hù)、勵磁設(shè)備及電氣一次開關(guān)設(shè)備同組一屏，做到一機(jī)一屏，現(xiàn)地單元將信號傳送到監(jiān)控主機(jī)，并接受其指令，實(shí)現(xiàn)集中自動控制功能。監(jiān)控系統(tǒng)通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)總線接口，與各測控單元通訊，實(shí)現(xiàn)全站水力量測參數(shù)的監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)水力量測參數(shù)的自動檢測和越限報(bào)警；實(shí)現(xiàn)機(jī)組控制操作和輔助設(shè)備等的控制；并根據(jù)運(yùn)行值班人員的指令或程序設(shè)定，參考現(xiàn)地的狀況，手動或自動進(jìn)行控制，使全站保持最佳運(yùn)行工況，統(tǒng)計(jì)、存儲并打印系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行工況及故障、狀態(tài)信息和水力量測數(shù)據(jù)。微機(jī)保護(hù)配置電站的保護(hù)裝置采用微機(jī)綜合保護(hù)裝置，各保護(hù)裝置在中控室統(tǒng)一組屏安裝。各保護(hù)裝置的設(shè)置根據(jù)電氣主接線及《繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計(jì)規(guī)程》確定。低壓發(fā)電機(jī)保護(hù)配置反時限過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、過電壓保護(hù)、失壓保護(hù)、失磁保護(hù)、短路保護(hù)、溫度過高保護(hù)等功能，置于一體化智能控制屏。主變壓器保護(hù)配置電流速斷保護(hù)、復(fù)合電壓閉鎖的過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、瓦斯保護(hù)、油溫保護(hù)等。線路保護(hù)配置過電流、電流速斷、過負(fù)荷等保護(hù)功能。計(jì)量系統(tǒng)采用電子式電度表，在發(fā)電機(jī)出口、變壓器高壓側(cè)和10KV線路分別設(shè)置電度表。監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)能顯示各臺機(jī)組及電站出線的有功、無功電度。通信系統(tǒng)根據(jù)《水利水電工程通信設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，本工程通信系統(tǒng)包括：與上級部門用于生產(chǎn)管理和生產(chǎn)調(diào)度的通信；與電力系統(tǒng)上級變電站之間的通信；防汛通信和生活區(qū)通信等。1.3金屬結(jié)構(gòu)1.3.1設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)水工建筑物的有關(guān)參數(shù)，金屬結(jié)構(gòu)按照《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL74—95)、《壓力鋼管制造及驗(yàn)收規(guī)范》(DL5017-93)及有關(guān)的規(guī)程規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.3.2金屬結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及評價安順會水電站金屬結(jié)構(gòu)主要有閘門和啟閉機(jī)等設(shè)備,如下:(一)壓力前池壓力前池沖沙閘設(shè)平板工作閘門一扇，配備10T手電兩用螺桿式啟閉機(jī)一臺；沖沙閘平板檢修閘門一扇，配備10T手電兩用螺桿式啟閉機(jī)一臺；進(jìn)水閘為三孔，分別設(shè)置平板工作閘門和檢修閘門各兩扇，分別配備2×5T手電兩用螺桿式啟閉機(jī)共四臺;進(jìn)水閘設(shè)鋼制攔污柵兩扇。(二)攔河壩沖砂閘攔河壩沖砂閘為2孔,孔口尺寸為2×2m(寬×高),分別設(shè)有檢修閘門和工作閘門平板閘門各一扇,每個閘門配備2×10T手電兩用螺桿式啟閉機(jī)一臺。閘門和啟閉機(jī)系統(tǒng)都存在有共性缺陷:閘門門體有銹蝕現(xiàn)象,止水老化,部分零件工作不正常。由于以上原因,閘門和啟閉機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生了啟閉不暢、漏水現(xiàn)象，工作狀況有進(jìn)一步惡化的可能,并存在一定的安全隱患.本次改造工程要對相應(yīng)部位進(jìn)行防腐、更新、維護(hù)等工