探讨水电站工程水力机械设计与优化

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1、探讨水电站工程水力机械设计与优化　　【摘要】本文结合某水电站工程，详细阐述了水电站辅助水力机械系统与油系统，其设计涉及各系统组成设备的技术性能、选型、布置方式等要素。水电站辅助机械系统设计时应充分考虑系统可能的影响因素，现有设备制造能力与水平、适用能力、经济指标及各设计环节的技术性能等，以确保水电站辅助水力机械系统设计方案的技术经济合理。　　【关键词】水力机械；水电站辅助水力机械系统；油、气、水系统及量测系统；设计方案　　水电站的水力机械设备主要包括水轮发电机组及其附属设备(主体设备)、辅助水力机械系统设备等，其中辅助水力机械系统一般由油、气、水、量测等几大系统组成，其主要作用是为主体设备

2、提供必要的服务，保证主体设备安全稳定运行。勿容置疑，水电站主体设备的性能、质量、配置及设计操作流程等对水电站安全稳定运行起着关键作用，但经过众多电站的运行事实证明，水电站辅助水力机械系统的设计方案、产品质量、技术性能等同样对水电站的经济安全稳定运行起着不可忽视的作用。本文结合工程实例，着重针对水电站水系统中的供水方式、管道阀门设计、滤水器设置部位、减压阀及安全阀口径选择、排水方式及渗漏泵选择，油、气及量测系统设计方案、设备布置当中的方案考虑的合理性、相互之间的影响等设计应考虑的诸项问题，谈谈设计中的一些体会。　　某水电站位于河干流的上游，为低坝引水径流式电站，是以发电为主的小型水电站工程。

3、采用2台单机容量为10MW的轴流式水轮发电机组。电站保证出力为MW，多年平均发电量8283万kW・h，年利用小时数4142h。　　绝缘油系统　　目前水电站采用的主变压器大多是20～30年免维护型的，除非发生事故需进行大修，一般情况下是不需要更换绝缘油的，因此笔者建议设计中小型水电站绝缘油系统时省略总的供排油管路；对于梯级电站仅在某一较合适的站点设置绝缘油系统，其他站甚至可以省略绝缘油系统；对地理位置较偏僻的独立电站，可仅设绝缘油库及油处理室设备。　　对巨型和大型电站，绝缘油库及油处理室尽量距用油设备近一些，以利节能降耗。　　透平油系统　　对中小型水电站，可适当简化管路系统设计，如：在各用油

4、部位附近设置活接头，在供排油总管适当位置设活接头，其间可采用软管过渡等，尽量减少不锈钢管的数量及埋管布置。　　对梯级电站而言，可考虑在某站设油分析、化验设备，其他站可省略。　　对巨型和大型电站，可从有利于运行、维护及检修的角度出发，考虑配置齐全一些。　　此外，油系统在设备布置上，为满足防火规范要求，配置的滤纸烘箱应布置在专用的房间内，烘箱电源开关也不能放在室内；油库中油罐的事故排油操作阀门不能与油罐布置在同一房间，应布置在专用的房间内；对室外布置的管路系统，为防止热胀冷缩导致管路损坏，应考虑设置玻纹管连接段。　　水电站气系统一般包括中压气系统和低压气系统，由于目前气体介质减压阀尚未达到成熟

5、阶段，因此这2个系统在设计时不考虑合用，应尽可能分开设置。　　低压气系统中吹扫及检修供气单元与机组制动供气单元尽可能分开设置，并分别设置相应容积的贮气罐；另外，吹扫及检修供气单元可作为制动供气的备用气源，以保证制动供气的可靠性及供气质量；制动供气应尽可能干燥、清洁，而吹扫及检修供气干燥、清洁度可适当放宽。　　由于供气管路往往较长有一定的管路损失，使气体到达供气设备时压力达不到设备的额定操作压力，因此在选择空压机时其额定排气压力宜比设备的额定操作压力略高一些，相应的贮气罐设计压力也要提高。　　6水电站辅助水力机械系统中水力量测系统的设计　　为保证集水井液位监测与控制，应同时配置2种不同型式的

6、液位控制器，如：压力传感式及浮子式等，两者互为备用。　　监测尾水管压力脉动的传感器宜布置在水轮机的尾水管锥管段，而不宜通过测压管后再设置传感器，因为这样会有衰减影响测量精度。　　在水位计布置上，应有防止水倒灌的措施。　　为确保电站安全经济运行，电站设置了全厂性量测仪器仪表和机组段量测仪器仪表。前者包括：上、下游水位采用指示型水位变送器；电站毛水头采用WTXXDP型差压变送器；冷却水温采用WX型温度信号器；拦污栅前、后压差采用WTXXDP型差压变送器；集水井、生活水池、循环水池采用水位变送器。以上水位变送器及压差变送器均通过水位水头监视仪显示、报警。后者包括：蜗壳进口压力、尾水管出口压力采用

7、压力表显示，水轮机工作水头采用WTXXGP型压力变送器并通过水位水头监视仪显示；蜗壳测流采用WTXXDP型差压变送器并通过流量监测装置显示；主轴密封压力、转轮与导叶间压力采用压力表显示；顶盖压力、尾水管进口压力采用压力真空表显示；机组振动、主轴摆度采用振动、摆度探测仪及其检测装置。水位水头监视仪、流量监测装置、振动摆度检测装置与计算机监控系统有通信接口。　　水电站辅助水力机械系统的设计对水电站安全稳定运行至关重要。确保合