高水頭小型水電站供水系統(tǒng)設(shè)計

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之前介紹在線調(diào)節(jié)減壓閥，現(xiàn)在介紹高水頭小型水電站供水系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)我國小型水電站多為高水頭、引水式的小容量水電站的特點(diǎn)，結(jié)合實際工作情況，通過對主要的小型水輪發(fā)電機(jī)設(shè)備制造廠及投用后的小型水電站的實地走訪，對高水頭小型水電站的水輪機(jī)設(shè)計選型進(jìn)行優(yōu)化，在機(jī)組訂貨和施工設(shè)計時就采取相應(yīng)改進(jìn)措施，達(dá)到控制投資、增加實效的目的。
關(guān)鍵詞：高水頭；小型水電站；設(shè)計優(yōu)化 
一、高水頭小型水電站供水系統(tǒng)設(shè)計小型水電站水輪發(fā)電機(jī)組的選型措施要點(diǎn)
由于水電站的選址及設(shè)計必須根據(jù)開發(fā)河段的水力資源和開發(fā)利用的情況的不同進(jìn)行選擇，根據(jù)水電站的工作水頭和引用流量范圍的不同，為了使水電站經(jīng)濟(jì)安全和率的運(yùn)行，就會有不同類型和型式的水輪機(jī)來適應(yīng)各種水電站建設(shè)的需要。

在進(jìn)行水輪機(jī)選型時應(yīng)收集以下資料：

①各類型水輪機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)資料，包括水輪機(jī)系列型譜、生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品目錄、模型綜合特性曲線等數(shù)據(jù)。

②水電站擬建站址的相關(guān)技術(shù)資料，包括河流梯級開發(fā)方案、水庫的調(diào)節(jié)性能、水電站布置方案、地形、地質(zhì)、水質(zhì)、泥沙情況、總裝機(jī)容量、水電站運(yùn)輸、安裝技術(shù)條件等等。

③當(dāng)?shù)氐乃?、水能資料，包括特征流量及特征水頭(Qmax、Qmin、Qav、Hmax、Hmin、Hr、Hav)、下游水位流量關(guān)系曲線等。④擬建水電站相關(guān)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)及資料，比如水電站機(jī)電設(shè)備的造價、工程單價及概預(yù)算措施及電站維護(hù)費(fèi)用投入等等。
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥根據(jù)這些資料進(jìn)行綜合考慮，小型水電站一般根據(jù)水輪機(jī)系列型譜選擇水輪機(jī)型號。水輪機(jī)型號的選擇主要取決于水頭。各種水輪機(jī)都有一定的使用范圍，根據(jù)電站運(yùn)行水頭的范圍，直接查系列型譜，確定水輪機(jī)的型號。

1技術(shù)供水對象和基本要求

1.1技術(shù)供水對象水電站的用水設(shè)備隨電站規(guī)模和機(jī)組型式而不同。中小型水電站主要有組軸承油冷器供水、水輪機(jī)導(dǎo)軸承的水潤滑供水、發(fā)電機(jī)空氣冷卻器供水、水冷式空壓機(jī)供水、油壓裝置的冷卻供水等。

1.2基本要求用水設(shè)備所需的水量由制造廠提供,在初步設(shè)計時可參考類似的電站機(jī)組或用經(jīng)驗公式、曲線圖表等進(jìn)行估算。供給用水設(shè)備的水必須保持一定的壓力,壓力過低時不能維持要求的流量,壓力過高時可能使用水設(shè)備損壞。中小型水電站機(jī)組的技術(shù)供水水壓一般為0.1—0.2MPa。2技術(shù)供水凈化處理二、小型水輪發(fā)電機(jī)組的構(gòu)造類型及優(yōu)劣勢比較
小型水輪發(fā)電機(jī)組一般有沖擊式水輪機(jī)和混流式水輪機(jī)兩種應(yīng)用較廣的構(gòu)造方式。沖擊式水輪機(jī)構(gòu)造簡單、出力變化時對機(jī)組效率影響較小，特別是其折向器的作用對調(diào)度保護(hù)比較有利，可節(jié)省調(diào)壓井等水工建筑物的造價。但是由于其轉(zhuǎn)速較低，機(jī)組體積大；發(fā)電效率不高，而且導(dǎo)致水工建筑物及引水渠構(gòu)造較為復(fù)雜，不太適用于一些引水式的小型水電站建設(shè)。
而混流式水輪機(jī)則剛好相反，它轉(zhuǎn)速高，機(jī)組體積小，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠效率較高，并且有適應(yīng)水頭范圍寬的優(yōu)勢，還可利用尾水管回收能量，進(jìn)而減少廠房開挖工程，投資效率及回報率更高。但是由于其在低負(fù)載時機(jī)組效率降低較多，在水位不穩(wěn)定的地區(qū)難以發(fā)揮效用。

三、兩種小型水輪發(fā)電機(jī)組價格及生產(chǎn)情況對比
經(jīng)過對廣西、云南、福建、浙江幾個省及自治區(qū)主要水輪發(fā)電機(jī)設(shè)備制造廠的實地走訪，大部分廠家表示這兩種機(jī)型都可以生產(chǎn)供貨，但是對高轉(zhuǎn)速機(jī)組的運(yùn)行都有所擔(dān)心，進(jìn)而采用沖擊式機(jī)組較多。在初步報價上，兩種機(jī)型的水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)主設(shè)備價格相差較大，沖擊式的機(jī)組是混流式機(jī)組的一倍以上。
在初步設(shè)計方案的研討中，設(shè)計院提出，如果選用混流式機(jī)型，經(jīng)過對這兩種機(jī)型的輔助設(shè)備配套和水工建筑物不同方案的投資對比，在土建、水工部分的造價上選用混流式機(jī)組的話還可以節(jié)省很大一部分投資。而且在水源及水能穩(wěn)定的水利條件下，整個運(yùn)行將較為理想。高水頭水電站一般時間在較高出力區(qū)運(yùn)行，既使蓄水區(qū)域的水庫水位變化，機(jī)組也可以在較率范圍內(nèi)運(yùn)行，因此針對高水頭的水電站，選擇混流式水電站比沖擊式水電站更為。
四、實地考察高轉(zhuǎn)速混流式水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行問題
根據(jù)廠家提供的資料對廣西、云南及福建三省已經(jīng)投入使用的混流式水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行實地考察，特別考察其穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。經(jīng)考察已建成并發(fā)電的龍巖大片溪水電站和漳平嶺兜水電站的４臺機(jī)組，發(fā)現(xiàn)其運(yùn)行主要問題有：機(jī)組轉(zhuǎn)速高、噪音大，軸承溫度偏高，軸承潤滑油為油泵供油外循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，設(shè)置了重力油箱、回油箱、油泵及冷卻水池等設(shè)施，維護(hù)工作量大，而且由于供油或供水系統(tǒng)發(fā)生故障時，容易發(fā)生被迫停機(jī)維修而影響正常發(fā)電，穩(wěn)定性較差。

五、高水頭小型水輪機(jī)組設(shè)計優(yōu)化措施
針對運(yùn)行中的高水頭小型水輪機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)困難這樣的情況，設(shè)計院與設(shè)備制造廠家進(jìn)行了方案研討，做出以下優(yōu)化措施建議：
1、推力軸承采用尼龍軸瓦，改進(jìn)導(dǎo)軸承底瓦冷卻裝置降低軸承溫度，同時潤滑油改為自供內(nèi)循環(huán)，取消油泵供油外循環(huán)冷卻系統(tǒng)。簡化供油供水系統(tǒng)，減輕運(yùn)行人員的維修工作量及事故發(fā)生率。
2、供水采用頂蓋取水，改變水泵供水方案，施工設(shè)計時技術(shù)供水系統(tǒng)改為以頂蓋取水為主，水泵供水為備用的設(shè)計方案，并在供水總管設(shè)置壓力控制器和排水電磁閥等元件，電氣自動化回路設(shè)計中增加了供水壓力過高時的自動排水降壓，過低時自動開啟供水泵增加供水壓力和水量。
3、發(fā)電機(jī)采用空冷器密閉循環(huán)空氣冷卻，并采用密閉降噪等方式降低機(jī)組噪音影響。
六、優(yōu)化設(shè)計措施的試 運(yùn)行效果分析
在三斗水庫電站中，采用了以上的水輪發(fā)電機(jī)組優(yōu)化措施，經(jīng)過該電站交付運(yùn)行并完成72小時試運(yùn)行之后，對其優(yōu)化措施效果進(jìn)行分析如下：
1、試運(yùn)行時大壩蓄水尚未達(dá)到設(shè)計高程，水庫水位754.00ｍ，電站毛水頭167.6ｍ，導(dǎo)水葉開度76%時發(fā)電機(jī)出力即達(dá)到1250kW，其頂蓋取水的供水壓力、水量，各部溫度以及甩99%負(fù)荷的壓力、轉(zhuǎn)速上升率均能符合設(shè)計和運(yùn)行條件的要求。
2、作為高水頭小轉(zhuǎn)輪臥式混流式水輪機(jī)采用頂蓋取水，按設(shè)備制造廠的技術(shù)資料，技術(shù)供水的壓力為0.1MPa～0.2MPa，每臺機(jī)空冷器需水量34ｍ3/h，推力軸承7ｍ3/h，加2個導(dǎo)軸承總需水量約55ｍ3/h；試運(yùn)行時測得機(jī)組空載時供水總管壓力0.21MPa～0.27MPa，供水量61ｍ3/h，滿載時供水壓力0.3MPa，供水量73ｍ3/h，隨著大壩的繼續(xù)砌筑和水庫水位的升高，頂蓋取水的壓力和水量還將加大，可滿足機(jī)組自空載至滿載時技術(shù)供水的需要。
3、取消軸承潤滑油，由油泵供油外循環(huán)冷卻的供油系統(tǒng)方案可行。2臺機(jī)組在72小時試運(yùn)行中，以電阻法測得推力軸承溫度為48℃～50℃，導(dǎo)軸承為32℃～38℃，發(fā)電機(jī)定子溫度在70℃左右，均符合設(shè)備制造技術(shù)文件和規(guī)范規(guī)定安全運(yùn)行的要求。
4、機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定、噪音明顯降低機(jī)組安裝各部間隙、擺度達(dá)到規(guī)范的優(yōu)良水平。在甩99%負(fù)荷時，測量推力軸承大振幅0.01mm，垂直振幅0.005mm～0.015mm，聯(lián)軸器擺度0.2mm～0.25mm，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。

七、結(jié)束語
經(jīng)過電站設(shè)計優(yōu)化及試運(yùn)行表明，采用混流式發(fā)電機(jī)組的高水頭小型水電站，經(jīng)采用設(shè)計優(yōu)化措施后，整體運(yùn)行情況良好，優(yōu)化措施得力，經(jīng)濟(jì)效益客觀。而這一系列設(shè)計優(yōu)化選型措施將為今后高水頭、小容量的水輪發(fā)電機(jī)組選型設(shè)計擴(kuò)大選型范圍提供了很好的借鑒經(jīng)驗。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：斯派莎克蒸汽減壓閥在化纖管路應(yīng)用