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抽水蓄能电站主要机电设备简介

抽蓄技术交流 2022-08-22 10:29 发文

机电设备是抽水蓄能电站的重要组成部分,设备选型好坏直接关系到电站安全稳定运行,和常规水电站相比抽水蓄能的水电站建设难度较大,抽水蓄能电站的整体技术要求较高,尤其是工况转换较为复杂,在机电设备的采购和管理过程中,需要重点主机设备及辅助设备的性能影响。抽水蓄能电站机电设备选型按无人值班( 少人值守) 和资产全寿命周期管理原则推行,强化机电设备全过程管控理念,充分借鉴已投运蓄能电站机电设备运维经验,提升电站机电设备水平。

1.主机设备

厂房内安装四台立轴单级混流可逆式水泵水轮机,总装机容量1280MW(4×320MW)。电站水轮发电机通过公开招投标选用东芝水电(杭州)设备有限公司公司产品,地面开关站GIS选用厦门ABB公司产品,主变压器选用衡阳变压器厂产品,其他辅助设备也均采用国内外技术成熟、性能优良产品。设计年抽水耗电量30.28亿度,年发电量23.32亿度,以一回500kV线路接入广东电网。

(1)水泵水轮机

水泵水轮机型式为立轴、单级、混流、可逆式、可调导水机构,水泵水轮机额定转速为426.8r/min,带有金属蜗壳和弯肘型尾水管,与发电电动机通过法兰直接连接。旋转方向为:水轮机工况俯视顺时针旋转,水泵工况俯视逆时针旋转。水泵水轮机主要由:埋入部件、导水机构、转轮、主轴、水导轴承、主轴密封、导叶接力器、、环行轨道及吊车、机坑踏板、油气水管路系统、监测及控制管路系统等部件组成。

埋入部件包含有尾水管、泄流环、底环、座环、蜗壳、机坑里衬、接力器基础等部件,该部件在前期水工建筑施工时完成了预埋。

导水机构由底环、顶盖、导叶、控制环、导叶拐臂、连板、偏心销、剪断销、摩擦装置、限位装置等零部件组成。其中底环为整体到货,已在座环蜗壳安装时完成了安装;顶盖分4瓣到货,在现场组装后进行安装,上止漏环安装在顶盖上;活动导叶共16个,导水机构在现场进行预装后再进行正式安装。

转轮为高镍铬不锈钢铸焊整体结构,叶片数为10个,5长5短结构;主轴为一段结构,直接与发电机下端轴进行联接;

导叶接力器:在水轮机坑+Y方位,平行布置两个油压操作、双向动作、油缸式接力器。

水泵水轮机所有可拆卸部件包括:转轮、主轴、水导轴承、轴承支座、顶盖、导叶、导叶接力器、导水叶操作机构、主轴密封装置等。这些部件全部采用上拆方式,即通过发电电动机定子内孔利用厂内起重机设备从机坑吊入和吊出。

主要技术参数 :

型式:立轴、单级混流可逆式水泵水轮机

转轮直径:               4290mm

水轮机工况额定输出功率:     326.5MW

水泵工况最大输入功率:      ≤331MW(已考虑允许偏差)

额定转速:               428.6r/min

稳态飞逸转速:            ≤690r/min

水轮机工况额定流量:        77.65m3/s(额定水头517.4m)

水泵工况最大扬程509.08m,相应流量不小于51.76 m3/s

旋转方向:水轮机工况俯视顺时针,水泵工况为逆时针

安装高程:           EL.42m(吸出高度Hs=-66m)

蜗壳型式:金属蜗壳

尾水管型式:立式弯肘型

水泵水轮机总重:           686.3t

(2)发电电动机

发电机定子由机座、铁心和线圈等部件组成,在安装间完成组装后通过厂房桥机吊入发电机机坑安装。定子机座为分瓣(2瓣)焊接结构,正16边形,外径Φ8300mm,高4515mm;定子的通风道数为78,风道高度为5mm,运转时定转子间最小气隙为37.5mm;定子铁心有336槽,整圆由24张冲片组成,共79段叠片,铁心叠压系数为0.9685。

转子由支架、磁轭、磁极、线圈、制动环等组装而成。转子安装完成后整体高5375mm,外径∅5225mm,运转时定转子间最小气隙为37.5mm。磁轭整体高3570mm,外径4363mm,磁轭分9段堆叠而成,各段又由若干环形磁轭钢板堆叠而成,环形磁轭钢板之间通过拉紧螺杆把合为一体,各段间通过通风叶片上的止口定位。每台转子挂装14个磁极。

定子主要技术参数

转子主要技术参数

(3)进水球阀

进水球阀采用不锈钢活塞式密封环,操作介质为取其上游连接管的压力水,阀体上的活动密封环滑动面采用铝青铜堆焊,单接力器球阀,公称直径2 376mm,设计压力为780 mH2O。阀体采用高强度铸钢,活门采用用铸钢、钢板焊接结构。进水球阀上游侧设一道检修密封,下游侧设一道工作密封。不设旁通管路和旁通阀,蜗壳平压通过开启“T”形工作密封,利用活动密封和固定密封间隙进行充水平压。水压操作,液压系统配置有得电关闭和失电关闭紧急电磁阀等。

2.金属结构

电站上下水库均无溢洪道,采用潜水起旋墩竖井旋流消能泄洪洞泄洪。上水库设DN0.1m生态放水管,下水库设放水底孔,直径2米,放水底孔进口设拦污栅及事故检修闸门,出口设有PN0.8m,DN1.6m锥形阀。

输水发电系统采用一洞四机,输水隧洞直径为Φ9.2m。上、下库进/出口设4孔拦污栅,在进/出口呈直线布置。拦污栅采用活动栅,由于水库污物较少,且处于反复双向水流中,不配备清污设备。拦污栅采用临时起吊,不设永久起吊设备。在输水隧洞进口段设事故(检修)闸门井,采用平面滑动钢闸门,利用高扬程卷扬机操作,闸门在检修平台上门槽左右侧设有电动锁定装置。进出水口金属结构制造厂家为葛洲坝机电建设有限公司,启闭机制造厂家为无锡市华锦水电装备有限公司。

由于电站尾水隧洞较长,且深埋地下,每台机组尾水肘管与调压井之间设尾水事故闸门,门型采用平面定轮闸门,门槽为高压闸阀式,门槽密封盖上布置液压启闭机,并设置进人孔、机械锁定及限位器、排气阀等部件。进出水口金属结构制造厂家为夹江水工机械厂,液压启闭机制造厂家为江苏武进液压启闭机有限公司。

3.主要电气控制设备

(1)发电电压设备

离相封闭母线由镇江华东电力设备制造厂生产,型式为全连、自冷、离相式,主回路额定工作电压15.75 kV,额定电流12 000 A。发电机出口断路器为ABB 公司HECPS-3S 型,包括发电机断路器、SFC启动隔离开关及背靠背启动隔离开关、接地开关、电容器等。换相开关采用瑞士ABB 公司HECPS3 空气绝缘、电动操作、三相五极产品。发电电动机中性点采用电阻接地方式,主要设备有隔离开关、电流互感器和接地变压器及连接于二次侧的接地电阻器( 可调)。

(2).计算机监控系统

电站计算机监控系统采用北京中水科水电科技开发有限公司的H9000 V4.0系统,监控系统主网网络结构采用环型加星型的双网结构。主网为双环网。由于上、下库LCU距离厂房较远,厂内公用LCU6以星型接入上库LCU8,开关站LCU7以星型接入下库LCU9。从监控设备的先进性、稳定性、安全性以及用户应用情况等多方面考虑,清蓄电站监控系统下位机现地控制单元(LCU)可编程控制器选用了西门子S7-400系列PLC,CPU模块为414-5H,其运算速度最快可达18.75ns,在国内首次采用Profinet工业以太网通信,可配置为冗余容错的S7-400H系统。现地控制单元大量采用远程I/O模块,将地下厂房各层现地信号就近接入远程I/O单元中,大大节约了电缆购买、敷设和维护成本。

(3).调速器系统

调速器系统是由ALSTOM公司生产,采用PID 调节的数字式电液调速器,主配压阀直径为100 mm,电液转换器为比例阀,采用两段关闭规律,液压控制配有开停机电磁阀、手/自动切换阀、紧急停机电磁、得电关闭电磁阀和失电关闭电磁阀,额定工作油压6. 3 MPa。调速器的速度测量采用齿盘测速和残压测速,配置机械过速开关( 飞摆) ,机械二级过速动作后通过油路直接作用于关闭球阀。

(4).励磁系统

励磁系统由ABB生产,采用自并励可控硅静止整流励磁方式,励磁调节器型号为Unitro-6800型数字式励磁调节器。励磁变变压器接在主变压器低压侧,额定容量为1365kV·A,广东顺特电气设备有限公司制造。灭磁开关为瑞士ABB。额定励磁电230 V,额定励磁电流1750 A,空载励磁电流950A。。

(5).静止变频起动装置

静止变频起动装置为瑞士ABB公司制造,采用AC 800PEC 控制系统。包括输入/输出变压器、输入/输出电抗器、输入/输出开关柜、起动母线、起动母线分段隔离开关、变频装置、冷却系统、控制、保护和监测系统等。SFC有2个整流桥,每桥臂4只晶闸管,1个逆变桥,每个桥臂6只晶闸管,额定容量为22 MW,输出电压0 ~17.325kV,输出频率0 ~ 52. 5 Hz,启动时间195 s。

(6).继电保护

发电电动机保护、主变压器保护,高压电缆保护线、厂用电保护、SFC 输入输出变保护系统及机组保护故障录波系统由西门子供货。

(7).状态监测装置

  机组状态监测系统采用具有华科同安产品,关键测量元件如摆度、键相、轴向位移、铁芯振动、气隙、磁通量、局放、压力脉动等监测传感器均采用知名品牌。

(8).400V厂用电系统

400V厂用电系统采用ABB工厂新型的MNS 3.0模块化抽出式低压开关柜,共200多面。整体设计结构能最大程度地满足可靠性,安全性、供电的连续性及操作维修的方便性。

4.高压设备

(1)主变压器

电站共设有4 台型号为SSP-380000 /500 的三相双圈强油循环水冷、高压侧带无励磁分接开关的铜绕组升/降压电力变压器,由特变电工衡阳变压器有限公司生产。额定电压525kV ± 2 × 2. 5% /15.75kV。主变压器低压侧经油套管与15.75kV 离相封闭母线相连,高压侧通过干式绝缘套管与GIS 相连。主变压器中性点采用干式绝缘套管引出直接接地。4 台冷却器紧靠每台主变压器的高压侧( C 相) 布置,由GEA冷却设备有限公司制造,油流量为264 m3 /h,冷却水流量为114 m3 /h。

(2)500 kVGIS

500kV GIS 分为地面与地下两部分,地面户内GIS 采用双母线,包括2 串进线间隔、1串出线间隔、2 串母线PT 间隔及SF6管线等。地下GIS 采用2 组联合单元接线,每组联合单元包括2 串隔离开关及CT 间隔、1 串避雷器间隔及SF6管线。GIS 为厦门ABB公司生产,型号为ELK-3,额定电流4 000 A,额定短时耐受电流63 kA/2s。

(3)500 kV 电缆

 500kV 电缆生产厂家为法国雪力克电线电缆有限公司。2个回路总长约3242 m,单相长约540m。与地下GIS 相连的电缆终端采用外置干式水平电缆终端,与地面户内GIS 相连的电缆终端采用外置干式垂直电缆终端。500kV高压电缆选用XLPE-800mm2、单相、铜芯、交联聚乙烯挤包绝缘电缆,采用分割结构组合导体,额定电流880A,导体短时耐受电流63 kA/2s。

5.油水气系统

(1)油系统

电站油系统分为透平油系统和绝缘油系统。透平油系统的主要用油设备为机组各轴

承、调速系统用油及球阀油压装置用油。透平油的牌号为L-TSA46 号透平油。电站绝缘油系统不设置单独的绝缘油库,仅设置必要的绝缘油处理设备,在现地向主变充油及真空注油。绝缘油的牌号为NYNAS10GBX。

(2)压缩空气系统

电站压缩空气系统为中压压缩空气系统,工作压力为6. 3 MPa 的水泵工况启动和调相装压水用气、调速器油压装置用气、球阀油压置用气。中压空压机选用德国绍尔(SAUER)公司产品,其中中压空压机4 台,排气量10 m3 /min,水冷,3 主1 备。

(3)技术供水系统

  机组技术供水系统采用单元供水方式,每台机组从尾水管取水经水泵加压供水至用户,然后排回至尾水支管,取、排水口间距约73.55m 。每台机组设两套独立的全自动滤水器、水泵、泵控阀,两套互为备用。水泵选用上海凯士比泵有限公司产品,卧式双吸离心泵,额定流量约1 530 m3 /h,扬程45 m; 滤水器选用贺德克产品,过滤精度0. 5 mm,流量1 300 m3 /h。

6.主要技术优化

电站关键技术创新和设计优化100多项,获得技术专利10项,施工工法和QC活动获奖8项。其中,采用精细化爆破技术开挖地下洞室、在地下厂房等部位成功应用大体积清水混凝土,工艺精良,叹为观止;与厂家联合开发了机组运行监控系统,实现了抽水蓄能机组核心控制程序的国产化;首次在国内抽水蓄能机组上采用长短叶片水轮机转轮,机组运行性能具有开创性突破;采用三维管路设计优化每一设备布置,整个厂房呈工业艺术之美。

7.结 语

   电站建设期间,各参建单位团结合作,攻克难关,群策群力开展工程建设,常抓不懈落实安全生产,坚持高标准,严把质量关。实现了上、下游水库蓄水一次成功,上、下游水道充水一次成功,三大高压设备充电一次成功,四台机组考核试运行一次成功,四台机组同时满载甩负荷试验一次成功,圆满完成里程碑目标。

声明:本文为OFweek维科号作者发布,不代表OFweek维科号立场。如有侵权或其他问题,请及时联系我们举报。
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