一級建造師

為了幫助考生更好的復(fù)習(xí)2011年一級建造師考試，此處特地整理編輯了2011年一級建造師考試中水利水電輔導(dǎo)資料，希望可以對參加2011年一級建造師考試的各位同學(xué)有所幫助！

高水頭小容量水輪發(fā)電機組的選型設(shè)計

摘要：根據(jù)三斗水庫電站水輪機組為高水頭、小容量的特點，結(jié)合溪屯溪水電站群在建甌市電力系統(tǒng)中為輔助調(diào)頻電站的情況，走訪主要水輪發(fā)電機組設(shè)備制造廠，在機組訂貨和施工設(shè)計時就采取相應(yīng)改進(jìn)措施。投運后，達(dá)到設(shè)計要求，機組運行狀況良好，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

關(guān)鍵詞：小型水電站 水輪發(fā)電機組 小型水輪機 高水頭水輪機 水輪機選型 經(jīng)濟(jì)效益

1工程簡況

三斗水庫為建甌市溪屯溪流域水電資源開發(fā)規(guī)劃的龍頭水庫，總庫容530萬m3，興利庫容437萬m3，為年調(diào)節(jié)水庫。電站壓力引水隧洞長2160m，明敷壓力鋼管長438m，最高水頭200.43m，設(shè)計水頭174.7m，最低發(fā)電水頭152.9m，設(shè)計流量1.84m3／s，裝機容量2×1250kW.多年平均發(fā)電量827.58萬kW·h，P＝75％保證出力690kW，設(shè)備年利用小時3310h，水庫及電站概算總投資2037萬元。

三斗水庫電站及赤坑水電站（裝機2000kW）為溪屯溪規(guī)劃開發(fā)的第一期工程，1986年12月動工，赤坑電站于1998年5月竣工發(fā)電，三斗電站于1999年9月開始試運行。

2水輪發(fā)電機組的選型設(shè)計

三斗水庫電站設(shè)計水頭174.7m，單機容量1250kW，為高水頭、小容量水輪發(fā)電機組，查“中小型反擊式水輪機使用范圍綜合圖”，本電站水輪機選擇在沖擊式水輪機范圍。沖擊式水輪機具有構(gòu)造簡單、出力變化時對機組效率影響較小等優(yōu)點，特別是其折向器的作用對調(diào)保有利，可節(jié)省調(diào)壓井等水工建筑物的造價，但其轉(zhuǎn)速低，機組體積大；混流式水輪機則其轉(zhuǎn)速高，機組體積小，且運轉(zhuǎn)可靠效率較高，并有適應(yīng)水頭范圍寬的優(yōu)勢，還可利用尾水管回收能量，減少廠房開挖工程，但在低負(fù)載時機組效率降低較多。經(jīng)機型選擇計算，初選了CJA237－W－125／14.5水輪機，配套SFW1250－14／1730發(fā)電機和HLD54－WJ－55水輪機，配套SFW1250－4／1170發(fā)電機兩種機型。

走訪閩、浙、贛三省主要水輪發(fā)電機設(shè)備制造廠，廠家表示兩種機型均可生產(chǎn)供貨，對高轉(zhuǎn)速機組的運行都有所擔(dān)心，推薦本站采用沖擊式機組。初步報價兩種機型的水輪機和發(fā)電機主設(shè)備價格相差懸殊，沖擊式1套141.2萬元，混流式1套只70萬元。初設(shè)中經(jīng)兩種機型的輔助設(shè)備配套和水工建筑物不同方案的投資對比，在造價上選用混流式機組仍可節(jié)省84.2萬元；此外選用HLD54－WJ－55水輪機在本站的水力條件下，運行區(qū)域很理想，溪屯溪水電站群在建甌市電力系統(tǒng)中為輔助調(diào)頻電站，對有水庫調(diào)節(jié)的更應(yīng)發(fā)揮頂峰作用，一般時間在較高出力區(qū)運行，既使水庫水位變化，機組也運行在較高效率區(qū)內(nèi)，為此初設(shè)推薦選用HLD54－WJ－55配SFW1250－4／1170水輪發(fā)電機組。

3小轉(zhuǎn)輪高轉(zhuǎn)速混流式水輪發(fā)電機組的運

行問題和改進(jìn)措施選用混流式水輪發(fā)電機組，其額定轉(zhuǎn)速達(dá)到1500r／min，其運行狀況是我們最為關(guān)注的問題，據(jù)設(shè)備生產(chǎn)廠家介紹，當(dāng)時浙、贛兩省尚沒有相近規(guī)模高水頭小轉(zhuǎn)輪高轉(zhuǎn)速的水電站，僅福建水力發(fā)電設(shè)備廠制造安裝在龍巖大片溪水電站（H＝177.7m，HLD54－WJ－60，SFW1600－4／1170）和漳平嶺兜水電站（H＝180m，HLA179－WJ－60，SFW1600－4／1170）有4臺機組水力條件和裝機規(guī)模相近，機組額定轉(zhuǎn)速為1500r／min，并已建成發(fā)電。

經(jīng)現(xiàn)場考察，兩站4臺機組均已投產(chǎn)1年以上，運行中主要問題為：機組轉(zhuǎn)速高、噪音大，軸承溫度偏高（推力軸承63℃，導(dǎo)軸承55℃），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，不僅增加投資加大運行維護(hù)工作量，而且供油或供水系統(tǒng)發(fā)生故障時易發(fā)生燒瓦事故或被迫停機維修而影響正常發(fā)電。

在機組訂貨和施工設(shè)計時，經(jīng)與福建水力發(fā)電設(shè)備廠設(shè)計、生產(chǎn)、經(jīng)營有關(guān)人員多次協(xié)商探討，擬定了幾項改進(jìn)措施：

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)。不僅簡化供油供水系統(tǒng)，節(jié)省投資節(jié)約廠用電，而且減輕運行人員的維修工作量，關(guān)鍵是減少了燒瓦事故和停電損失。

2）技術(shù)供水采用頂蓋取水，改變初步設(shè)計時的水泵供水方案，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（超0.35MPa）時自動排水降壓，過低時（0.2MPa）自動開啟供水泵增加供水壓力和水量。

3）發(fā)電機采用空冷器密閉循環(huán)空氣冷卻，并采取其他措施降低機組噪音。在改進(jìn)措施逐項落實后才簽署訂貨合同，付諸工程實施。

4試運行效果及經(jīng)濟(jì)效益

三斗水庫電站在大壩、引水系統(tǒng)、廠房土建工程進(jìn)行預(yù)驗收后，開始進(jìn)行蝸殼充水、機組啟動、帶負(fù)荷、甩負(fù)荷等試驗，并經(jīng)72h試運行。由于有關(guān)單位的重視、配合和安裝隊的精湛工藝，機組試車基本上一次成功。當(dāng)時大壩砌筑尚未達(dá)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100％負(fù)荷的壓力、轉(zhuǎn)速上升率均能符合設(shè)計和運行條件的要求。

1）技術(shù)供水由頂蓋取水是成功的三斗水庫電站為高水頭小轉(zhuǎn)輪臥式混流式水輪機，D1＝55cm，采用頂蓋取水附近省份尚無先例，可能是采用頂蓋取水作為技術(shù)供水最小的轉(zhuǎn)輪。按設(shè)備制造廠的技術(shù)資料，技術(shù)供水的壓力0.1MPa～0.2MPa，每臺機空冷器需水量34m3／h，推力軸承7m3／h，加2個導(dǎo)軸承總需水量約55m3／h；試運行時測得機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（經(jīng)各分支閥門調(diào)節(jié)控制進(jìn)入冷卻器水壓為0.13MPa～0.15MPa），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，可滿足機組自空載至滿載時技術(shù)供水的需要。

2）取消軸承潤滑油由油泵供油外循環(huán)冷卻的供油系統(tǒng)是可行的2臺機組在72h試運行中，以電阻法測得推力軸承溫度為48℃～50℃，導(dǎo)軸承為32℃～38℃，發(fā)電機定子溫度在70℃左右（1號機最高點為87.5℃），均符合設(shè)備制造技術(shù)文件和規(guī)范規(guī)定長期安全運行的要求。

3）機組運行穩(wěn)定、噪音明顯降低機組安裝各部間隙、擺度達(dá)到規(guī)范的優(yōu)良水平，在甩100％負(fù)荷時測量推力軸承最大振幅0.01mm，垂直振幅0.005mm～0.015mm，聯(lián)軸器擺度0.20mm～0.25mm，機組運行穩(wěn)定。三斗電站為壓力管跨河布置的半封閉防洪廠房，靠河邊一側(cè)主廠房大部分又被爆破膜室所遮蓋，噪音擴散條件較差，一般廠內(nèi)噪音較大，試運行時廠房噪音與同類型中低轉(zhuǎn)速機組的廠房相近，廠內(nèi)運行條件尚可。

三斗水庫電站選用HLD54－WJ－55配SFW1250－4／1170水輪發(fā)電機組，運行狀況良好，其經(jīng)濟(jì)效益也是可觀的。

1）機組及配套設(shè)備加上水工建筑等因素，混流式比沖擊式節(jié)省建設(shè)投資84.2萬元。

2）在三斗的水力和運行條件下，混流式機組的運行效率比沖擊式機組高3％，年可多發(fā)電24.8萬kW·h，尾水管回收能量多利用水頭每年可多發(fā)電8.64萬kW·h，每年可增加售電收入17萬元；按同樣設(shè)備年利用小時計，相當(dāng)于多裝機100kW.

3）頂蓋取水和取消軸承潤滑油由油泵供油外循環(huán)冷卻系統(tǒng)，不僅節(jié)省了設(shè)備和土建投資，每年可節(jié)約廠用電14萬kW·h，每年可增加售電收入7萬元。

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