老撾南歐江六級水電站水力機械設計

鄒茂娟，胡衛(wèi)娟，馬偉棟

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南昆明650051)

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老撾南歐江六級水電站水力機械設計

鄒茂娟，胡衛(wèi)娟，馬偉棟

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南昆明650051)

老撾南歐江六級水電站采用了立軸混流式水輪發(fā)電機組，發(fā)電機為立軸懸式結構；水輪機進水閥選用臥軸液動單密封蝶閥；調速系統采用機械液壓柜與油壓裝置組合為一整體的結構形式。南歐江六級水電站機組各項性能指標選擇設計均滿足要求，電站目前已經建成發(fā)電，機組設備選型設計合理，廠房布置緊湊，設備安裝、檢修、運行維護方便，做到了因地制宜。

水輪發(fā)電機組；輔助設備；廠房布置；南歐江六級水電站

1　電站概況

南歐江六級水電站位于老撾人民民主共和國豐沙里省境內，為南歐江七級開發(fā)方案的第六級(自下而上)，壩址位于南歐江右岸支流南艾河(Nam Ngay)河口下游約1 km～南龍河(Nam Long)河口間長約3 km的河段內，距下游的哈灑(HatXa)渡口約3.7 km，距中國昆明的公路里程為1 044.6 km。電站為堤壩式開發(fā)，以發(fā)電為主，最大壩高88 m，水庫正常蓄水位510 m，調節(jié)庫容2.46×108m3，裝機容量180 MW。

南歐江六級工程樞紐布置主要由復合土工膜堆石壩、溢洪道、左岸放空兼導流洞、引水發(fā)電系統組成。溢洪道布置在右岸，引水發(fā)電系統、泄洪放空兼導流洞布置在左岸。機組為一管三機布置方式。

目前，南歐江六級水電站已全部建成，1、2號機分別于2015年12月、2016年3月投入商業(yè)運行，經歷了各種試驗、常規(guī)發(fā)電等全部運行工況的考驗，運行情況良好，3號機將于2016年4月投產發(fā)電。

2　水輪發(fā)電機組

2.1機組技術參數及運行特點

南歐江六級水電站裝設3臺混流式水輪發(fā)電機組，其中機組由重慶水輪機廠有限責任公司設計、制造、供貨。機組主要參數為：單機容量60 MW；額定水頭60 m；最大水頭71.5 m；額定轉速150 r/min；吸出高度- 3.131 m；水輪機型號HLJF3011- LJ- 375；發(fā)電機型號SF60- 40/9200；功率因素0.85(滯后)；額定電壓11 kV。

2.2水輪機主要結構特點

南歐江六級水電站水輪機為立軸混流式，由轉動部分、埋入部分、導水機構、水導軸承及主軸密封等組成。

2.2.1轉動部分

轉輪為焊接結構，上冠、下環(huán)采用抗空蝕、抗腐蝕和具有良好焊接性能的ZG00Cr13Ni5Mo不銹鋼材料制成，并采用VOD精煉鑄造工藝。轉輪名義直徑φ3 750 mm，最大外徑φ4 030 mm，高度2 345 mm，質量為36 t。主軸采用中空結構，外法蘭型式。主軸與轉輪采用螺栓聯接，與發(fā)電機軸采用銷釘螺栓傳遞扭矩。

2.2.2埋入部分

座環(huán)為無蝶形邊的平行板式焊接型式，具有足夠的強度和剛度。座環(huán)上、下環(huán)板采用優(yōu)質的抗撕裂鋼板Q345C。蝸殼采用可焊性好、高性能的Q345C鋼板制成，包角345°，分節(jié)卷制出廠，在工地組焊，焊接好后在現場不進行水壓試驗，在不考慮混凝土聯合受力或任何支撐的條件下，保證能承受在最大水頭下產生的最大水壓(包括水錘壓力)為110 m水柱所產生的應力。尾水管為彎肘形。尾水管的錐管和肘管(壁厚10 mm)均為Q235鋼板里襯，為防止運輸變形，采取可靠的加固、支撐等措施。尾水管進口段700 mm長采用不銹鋼里襯。

2.2.3導水機構

導水機構由活動導葉、控制環(huán)、鎖錠、接力器、頂蓋、底環(huán)等組成?；顒訉~采用ZG06Cr13Ni5Mo不銹鋼材料，導葉分布圓直徑4 500 mm。導葉具有3個支承軸承，軸套采用自潤滑復合材料。導葉密封型式(軸徑)為機械接觸密封。接力器為直缸液壓活塞式，額定操作油壓為6.3 MPa，操作用油采用ISO VG46汽輪機油。頂蓋采用鋼板焊接結構，材料為Q345，最大外圓φ5 160 mm，高954 mm，質量約23 t。頂蓋排水設有蝸殼鼻端自流排水和排水泵排水兩種形式，頂蓋排水設兩臺潛水泵，其中一臺備用，由水位報警控制器自動控制。

2.2.4水導軸承

油導軸承為稀油潤滑油浸式分塊瓦軸承。軸瓦支承采用楔形板可調式結構，軸承與頂蓋用螺栓聯接，軸瓦母體材質為ZG20SiMn。軸瓦為軸承合金材質，軸承上設外循環(huán)式冷卻器。軸承潤滑油采用ISO VG46汽輪機油。

2.2.5主軸密封

主軸密封采用間隙式不接觸密封，密封嚴密、耐磨、結構簡單、便于檢修和更換。固定部分為摩擦系數小、抗磨的材料，轉動部分為不銹鋼材料，組合螺栓為不銹鋼材料。在工作密封下方設有主軸檢修密封，充氣圍帶式結構，充氣壓力為0.5～0.8 MPa。

2.3水輪發(fā)電機主要結構特點

水輪發(fā)電機為具有上、下兩個導軸承的立軸懸式結構，采用密閉自循環(huán)空氣冷卻通風系統。

2.3.1定子

定子機座用鋼板焊成，外徑Φ10 400 mm，未下線機座高為1 860 mm，用以固定鐵芯及支承上機架。鐵芯由0.5 mm厚高矽鋼片沖制的扇形片疊壓而成，軸向長度內分26段，段間有8 mm高徑向通風溝25個。定子分4瓣，運往電站后組圓，在電站現場疊片下線，完成定子組裝，保證定子的整體性。本機定子線圈為條式波繞組，用桐馬環(huán)氧粉云母熱固化成形，共420個，接線方式為2Y，主引出線3根，中性引出線6根，線圈端部還進行了防暈處理。

2.3.2轉子

轉子由轉子中心體(包括主軸、轉子支架)、磁軛和磁極等組成。主軸材料采用20SiMn，上端裝有集電環(huán)，下端與水輪機主軸相連。轉子磁軛由高強度沖片現場疊壓而成，并通過熱打鍵的方式使磁軛與轉子中心體形成一個整體。轉子磁軛下部設制動閘板。磁極通過“T”尾和斜鍵固定在磁軛上。

2.3.3上、下機架

上機架為鋼板焊接的輻射式承重機架，總承載量(包括發(fā)電機及水輪機轉動部分質量和水推力)約680 t。上機架為可拆分的8腿支架。推力軸承包括推力頭、鏡板和14塊扇形軸瓦、支柱螺栓等零件。推力頭與轉環(huán)用螺釘和定位銷連成一體，籍卡環(huán)和鍵固定在主軸上。推力軸瓦外徑Φ2 000 mm，內徑Φ1 100 mm，14塊瓦呈環(huán)形均勻布置，偏心支承在支柱螺栓上。油池內裝有Φ1 320 mm導軸承及油冷卻器，導軸承有10塊軸瓦，分別用楔子板鎖定在導軸承座上，調整楔子板可獲得需要的油膜間隙，導軸瓦尺寸和上導軸瓦相同，亦對地絕緣，可以互換使用。油冷卻器為內置式，由多排散熱銅管組成，冷卻水工作壓力為0.2～0.6 MPa。冷卻器上裝有擋油板和分油板。

2.3.4通風冷卻系統

發(fā)電機采用密閉自循環(huán)空氣冷卻系統，空氣冷卻器為片式，共8個。冷卻水壓為0.2～0.6 MPa，冷卻器的冷卻每小時總水量為480 m3。

2.3.5制動系統

發(fā)電機采用壓縮空氣制動及復位，下機架支臂上裝有8個制動器。當機組轉速降至25%額定轉速時制動器投入制動，制動停機時間約2 min，制動氣壓約0.7 MPa。制動器可兼作為液壓千斤頂使用，頂起油壓為7.64 MPa。

2.3.6滅火裝置

發(fā)電機采用水噴霧滅火方式，定子線圈上、下端部附近設有滅火環(huán)管。當定子線圈起火時，由布置在發(fā)電機層的消防柜投入消防水，由環(huán)形管上均勻布置的水霧噴頭噴水霧滅火。發(fā)電機機坑內設有煙感溫感傳感器以報警。

3　液動單密封蝶閥

水輪機進水閥選用4800HD741X- 11VK型臥軸液動單密封蝶閥，公稱直徑4.8 m，設計壓力1.1 MPa，開關時間90～120 s(可調)，操作油壓為16 MPa。

3.1主閥體

進水閥為臥軸單軟密封蝶閥，閥體采用Q345C鋼板焊接結構制造，上、下游用法蘭連接，閥體采用整圈不分瓣的形式。閥體上軸承座為箱式結構，軸承箱采用材質不低于ZG25的鑄鋼件經初加工后與閥體焊接在一起。密封放在閥體下游側，利用活門關閉時承受的水壓壓緊實心橡膠密封圈，提高閥門密封性能，閥體上密封面采用材質不低于1Cr18Ni9Ti不銹鋼層，不銹鋼層厚度不低于25 mm并做消除應力處理，保證不發(fā)生銹蝕。

3.2活門及閥軸

活門采用雙平板桁架結構，用Q345C鋼板焊接制造?；铋T密封采用高硬度實心橡膠圈，整體硫化，無縫連接方式，用不銹鋼壓板和螺釘固定在活門上。閥軸采用鍛鋼外套40Cr或堆焊不銹鋼層制造，不銹鋼層加工后厚度不小于4 mm，閥軸與軸承及軸頸密封接觸的部位保證不發(fā)生銹蝕?；铋T與閥軸的連接采用橫銷傳遞扭矩的方式。

3.3軸承

閥軸與軸承及軸頸密封接觸的部位采取堆焊不銹鋼或熱套不銹鋼鋼套等防銹措施。軸承由軸瓦、鋼套、橡膠密封圈和壓墊環(huán)、軸承箱等組成。軸承采用鋼背復合材料制造，具有自潤滑性能。

4　調速系統性能及特點

調速系統由微機電氣柜、機械液壓柜和、油壓裝置及管路等組成，采用機械液壓柜與油壓裝置組合為一個整體(機械液壓柜安裝于油壓裝置回油箱上)的結構形式。油壓裝置采用地面式安裝，布置在水輪機層。調速器主配壓閥直徑為80 mm，操作油壓等級為6.3 MPa。主要特點如下：

(1)調速器采用雙可編程控制器，具有PID調節(jié)規(guī)律，具有頻率-出力調整、轉速調整、開度調整、電力系統頻率自動跟蹤、功率測量反饋單元、自診斷和容錯及穩(wěn)定等功能。調速器能現地和遠方進行機組的自動、手動開、停機和事故停機。

(3)施耐德PLC可編程控制器，具有足夠的抗電磁干擾能力，兩臺可編程控制器一臺工作，一臺備用，工作機故障時，能自動無擾動地切至備用機。

(4)電液轉換裝置采用步進電機，具有很強的抗污能力，在濾油精度為60 μm時，調速器仍能正常工作。電液轉換器直接驅動主配壓閥。

(5)調速器主用殘壓測頻，轉速信號取自發(fā)電機機端PT，以齒盤測速作備用。調速器回復機構采用電反饋方式。

5　輔助系統設備

5.1機組技術供水系統

技術供水系統供水對象包括發(fā)電機空冷器、推力軸承、上導軸承、下導軸承、水導軸承、主軸密封、轉輪止漏環(huán)冷卻水等，每臺機組設備每小時總用水量為654 m3。

供水系統采用自流單元供水方式。技術供水系統供水對象有發(fā)電機空氣冷卻器、上導軸承、推力軸承、下導軸承、水輪機導軸承等。根據電站水頭范圍，技術供水方式采用自流單元供水方式，設有兩路，互為備用。二路均取自蝸殼，分別經DM300，PN1.6 MPa的自動排污濾水器過濾后向機組供水。為保證供水可靠，每臺機設4個電動閥實現雙向供水反沖功能，可防止管路堵塞。

5.2主變及空調供水系統

主變及空調冷卻供水系統根據電站水頭范圍，供水方式采用自流集中供水方式，水源取自蝸殼，每臺機設一路共3路，互為備用，分別經DN250，PN1.6 MPa的自動排污濾水器過濾后向3臺變壓器及1臺套空調機組供水。

當主變冷卻水出水管路上的流量開關反應冷卻水正常后即可投入主變。主變停止工作后手動關閉該主變供水管路上的常開閘閥，切斷冷卻供水?？照{機組供水管上設電動閥用于控制空調機組水流。若總管上壓力變送器發(fā)出壓力過低信號，則自動打開備用供水管路上的電動閥及濾水器，向主管補水。

5.3透平油系統

透平油系統主要供機組軸承潤滑用油和調速系統、進水閥裝置操作用油，并對油進行凈化處理，一臺機組設備用油量約14.5 m3。

本系統設有一只20 m3凈油桶、一只20 m3運行油桶和1臺100 L/min，0.3 MPa的透平油濾油機、1臺100 L/min的精密濾油機、2臺5 m3/h，0.33 MPa的齒輪油泵等設備，油罐室及油處理室均布置在地面層安裝場上游側。機組排油時，先排至蝶閥層的回油箱，再通過回油箱上的油泵排回透平油罐室的運行油桶。

5.4壓縮空氣系統

電站壓縮空氣系統分中壓氣系統和低壓氣系統。

中壓氣系統主要供調速器油壓裝置，供氣壓力為6.3 MPa。本系統共設有兩臺0.8 m3/min，PN7.0中壓空壓機，一個2.5 m3、PN7.0 MPa中壓儲氣罐。在儲氣罐后上設置了除油、除塵過濾器和冷凍干燥機，對由空壓機排出的中壓氣進行處理，以滿足用氣要求。兩臺空壓機互為主備用，儲氣罐上設有安全閥，以保證系統的安全。向油壓裝置壓油罐進行補氣采用自動補氣裝置。

低壓氣系統主要供機組制動用氣、檢修吹掃用氣及水輪機檢修密封圍帶用氣。本系統共設有2臺3.0 m3/min，PN0.85 MPa螺桿式空壓機，一個3.0 m3、PN0.85 MPa制動儲氣罐，一個3.0 m3、PN0.85 MPa檢修儲氣罐。制動氣罐和檢修氣罐之間相互連通，連通管上裝設止回閥，平時此閥門開啟，檢修氣罐可以向制動氣罐進行供氣。在儲氣罐后上設置了除油、除塵過濾器和冷凍干燥機，對由空壓機排出的低壓空氣進行處理，以滿足要求。儲氣罐上設有安全閥，以保證系統的安全。為保證制動用氣的可靠性，制動供氣總管和檢修供氣總管之間相互連通并裝有單向逆止閥，檢修氣罐可以向制動氣罐進行供氣，但制動氣罐不可以向檢修氣罐供氣。保證了機組制動用氣的可靠。

5.5機組檢修排水系統

機組檢修排水采用間接排水方式，檢修排水系統主要在機組檢修時排出球閥后蝸殼和尾水管中的積水。機組檢修時，打開蝸殼排水閥，將球閥后蝸殼內的水排至尾水管，當蝸殼中水位與下游水位持平時，關閉尾水閘門，再打開Φ400尾水盤形閥，將尾水管內的水通過排水管排入檢修集水井。集水井內的水由兩臺180 m3/h，H≥35 m的深井泵自動或手動控制排至下游。在檢修期間，深井泵操作控制方式切換為自動操作。

5.6廠房滲漏排水及事故排水系統

廠房滲漏排水系統主要是排除廠房建筑物滲漏水及機電設備漏水，所有漏水通過排水溝引至滲漏集水井，再通過潛水深井泵排至下游。

3臺250 m3/h，H≥35 m的潛水深井泵可自動或手動控制，自動控制由安裝在集水井內的電纜浮球液位計進行控制。另設一臺500 m3/h，H≥35 m長軸深井泵作為防洪泵。

5.7水力監(jiān)視測量系統

水力監(jiān)視測量系統包括全電站監(jiān)測和機組段監(jiān)測兩部分。

全電站監(jiān)測的項目有水庫水位、柵后水位、進水口事故閘門后水位、機組尾水閘門前水位、電站尾水位、檢修、滲漏集水井水位、消防水池水位、電站毛水頭及攔污柵前后壓差等。均采用投入式液位變送器進行測量。

機組段監(jiān)測項目有蝸殼進口壓力、尾水管進口真空壓力、尾水管出口壓力、頂蓋真空壓力、導葉后壓力、尾水管壓力脈動、蝸殼流量測定、冷卻水壓力、冷卻水示流等。這些監(jiān)測項目的設置，為電站和機組的長期安全穩(wěn)定運行提供了可靠保證。

6　水力機械廠房布置

南歐江六級水電站為地面式主廠房，廠內裝有3臺60 MW水輪發(fā)電機組及其附屬設備。主廠房長約61 m(機組間距16.5 m)，凈寬19.0 m(其中上游側寬度為11.0 m，下游側寬度為8.0 m)，主廠房凈高45.7 m(自尾水管底板至廠房吊頂)，在主廠房的下游側布置有端部副廠房及控制樓。

發(fā)電機層(449.00 m高程)每個機組段上游側布置有機旁盤，下游側布置勵磁盤和發(fā)電機消防柜。安裝場布置在主廠房的右端(面向上游看)，長約25.4 m，寬22.6 m，考慮機組安裝和檢修時，布置發(fā)電機定子、轉子、上下機架、頂蓋、轉輪等設備。

水輪機層(441.20 m高程)上游側布置有球閥控制柜、球閥液壓站、調速器機械柜及油壓裝置等。在廠房下游側副廠房內布置有中壓及低壓氣系統設備，右端布置有檢修排水泵。

蝸殼層(433.50 m高程)上游側布置有蝶閥、中間油箱，下游側布置有檢修排水盤型閥、機組冷卻供水系統設備、主變及空調冷卻供水設備、消防水池供水設備等。在廠房右端(順水流向)布置有滲漏集水井、滲漏排水設備和檢修集水井。

透平油罐及油處理室布置在安裝場上游側455.00高程，尺寸為17 m×7 m，設有2個20 m3的立式油桶及油泵、透平油濾油機、精密濾油機等油處理設備。

7　結　語

南歐江六級水電站采用混流式水輪發(fā)電機組，機組各項性能指標選擇設計均滿足要求，電站目前已經建成發(fā)電，機組設備選型設計合理，廠房布置緊湊，設備安裝、檢修、運行維護方便，做到了因地制宜，為同類東南亞水電站的建設提供了很好的借鑒。

(責任編輯高瑜)

Hydro-machinery Design for Nam Ou 6 Hydropower Station in Laos

ZOU Maojuan, HU Weijuan, MA Weidong

(PowerChina Kunming Engineering Corporation Limited, Kunming 650051, Yunnan, China)

Nam Ou 6 Hydropower Station installs vertical-axis Francs turbines and vertical suspended generators. The horizontal single-sealing hydraulic butterfly valve is chosen as the inlet valve of turbine. The speed control system is an integral structural form of mechanical hydraulic cabinet and hydraulic device. The performance indicators of Nam Ou 6 Hydropower Station meet the requirements. The station has been put into operation, and the actual generation shows that the selection design of generating equipments is reasonable, the layout of equipments is compact, and the installation, maintenance, operation and maintenance of equipments are convenient．

turbine generator; auxiliary equipment; powerhouse layout; Nam Ou 6 Hydropower Station

2016- 03- 08

鄒茂娟(1982—)，女，湖北荊門人，高級工程師，主要從事水電站水力機械設計工作．

TM312(334)

A

0559- 9342(2016)05- 0077- 04