DQZHAN技術訊：【漲知識】某蓄電站主要機電設備詳細介紹

機電設備是抽水蓄能電站的重要組成部分，設備選型好壞直接關系到電站**穩(wěn)定運行，和常規(guī)水電站相比抽水蓄能的水電站建設難度較大，抽水蓄能電站的整體技術要求較高，尤其是工況轉換較為復雜，在機電設備的采購和管理過程中，需要重點主機設備及輔助設備的性能影響。Q抽水蓄能電站機電設備選型按無人值班(少人值守)和資產(chǎn)全壽命周期管理原則推行，強化機電設備全過程管控理念，充分借鑒已投運蓄能電站機電設備運維經(jīng)驗，提升電站機電設備水平。

1.主機設備

廠房內安裝四臺立軸單級混流可逆式水泵水輪機，總裝機容量1280MW（4×320MW）。電站水輪發(fā)電機通過公開招投標選用東芝水電（杭州）設備有限公司公司產(chǎn)品，地面開關站GIS選用廈門ABB公司產(chǎn)品，主變壓器選用衡陽變壓器廠產(chǎn)品，其他輔助設備也均采用國內外技術成熟、性能優(yōu)良產(chǎn)品。設計年抽水耗電量30.28億度，年發(fā)電量23.32億度，以一回500kV線路接入廣東電網(wǎng)。

（1）水泵水輪機

水泵水輪機型式為立軸、單級、混流、可逆式、可調導水機構，水泵水輪機額定轉速為426.8r/min，帶有金屬蝸殼和彎肘型尾水管，與發(fā)電電動機通過法蘭直接連接。旋轉方向為：水輪機工況俯視順時針旋轉，水泵工況俯視逆時針旋轉。水泵水輪機主要由：埋入部件、導水機構、轉輪、主軸、水導軸承、主軸密封、導葉接力器、、環(huán)行軌道及吊車、機坑踏板、油氣水管路系統(tǒng)、監(jiān)測及控制管路系統(tǒng)等部件組成。

埋入部件包含有尾水管、泄流環(huán)、底環(huán)、座環(huán)、蝸殼、機坑里襯、接力器基礎等部件，該部件在前期水工建筑施工時完成了預埋。

導水機構由底環(huán)、頂蓋、導葉、控制環(huán)、導葉拐臂、連板、偏心銷、剪斷銷、摩擦裝置、限位裝置等零部件組成。其中底環(huán)為整體到貨，已在座環(huán)蝸殼安裝時完成了安裝；頂蓋分4瓣到貨，在現(xiàn)場組裝后進行安裝，上止漏環(huán)安裝在頂蓋上；活動導葉共16個，導水機構在現(xiàn)場進行預裝后再進行正式安裝。

轉輪為高鎳鉻不銹鋼鑄焊整體結構，葉片數(shù)為10個，5長5短結構；主軸為一段結構，直接與發(fā)電機下端軸進行聯(lián)接；

導葉接力器：在水輪機坑+Y方位，平行布置兩個油壓操作、雙向動作、油缸式接力器。

水泵水輪機所有可拆卸部件包括：轉輪、主軸、水導軸承、軸承支座、頂蓋、導葉、導葉接力器、導水葉操作機構、主軸密封裝置等。這些部件全部采用上拆方式，即通過發(fā)電電動機定子內孔利用廠內起重機設備從機坑吊入和吊出。

主要技術參數(shù):

型式：立軸、單級混流可逆式水泵水輪機

轉輪直徑：4290mm

水輪機工況額定輸出功率：326.5MW

水泵工況*大輸入功率：≤331MW（已考慮允許偏差）

額定轉速：428.6r/min

穩(wěn)態(tài)飛逸轉速：≤690r/min

水輪機工況額定流量：77.65m3/s（額定水頭517.4m）

水泵工況*大揚程509.08m，相應流量不小于51.76m3/s

旋轉方向：水輪機工況俯視順時針，水泵工況為逆時針

安裝高程：EL.42m（吸出高度Hs=-66m）

蝸殼型式：金屬蝸殼

尾水管型式：立式彎肘型

水泵水輪機總重：686.3t

（2）發(fā)電電動機

發(fā)電機定子由機座、鐵心和線圈等部件組成，在安裝間完成組裝后通過廠房橋機吊入發(fā)電機機坑安裝。定子機座為分瓣（2瓣）焊接結構，正16邊形，外徑Φ8300mm，高4515mm；定子的通風道數(shù)為78，風道高度為5mm，運轉時定轉子間*小氣隙為37.5mm；定子鐵心有336槽，整圓由24張沖片組成，共79段疊片，鐵心疊壓系數(shù)為0.9685。

轉子由支架、磁軛、磁極、線圈、制動環(huán)等組裝而成。轉子安裝完成后整體高5375mm，外徑?5225mm，運轉時定轉子間*小氣隙為37.5mm。磁軛整體高3570mm，外徑4363mm，磁軛分9段堆疊而成，各段又由若干環(huán)形磁軛鋼板堆疊而成，環(huán)形磁軛鋼板之間通過拉緊螺桿把合為一體，各段間通過通風葉片上的止口定位。每臺轉子掛裝14個磁極。

（3）進水球閥

進水球閥采用不銹鋼活塞式密封環(huán)，操作介質為取其上游連接管的壓力水，閥體上的活動密封環(huán)滑動面采用鋁青銅堆焊，單接力器球閥，公稱直徑2376mm，設計壓力為780mH2O。閥體采用高強度鑄鋼，活門采用用鑄鋼、鋼板焊接結構。進水球閥上游側設一道檢修密封，下游側設一道工作密封。不設旁通管路和旁通閥，蝸殼平壓通過開啟“T”形工作密封，利用活動密封和固定密封間隙進行充水平壓。水壓操作，液壓系統(tǒng)配置有得電關閉和失電關閉緊急電磁閥等。

2.金屬結構

電站上下水庫均無溢洪道，采用潛水起旋墩豎井旋流消能泄洪洞泄洪。上水庫設DN0.1m生態(tài)放水管，下水庫設放水底孔，直徑2米，放水底孔進口設攔污柵及事故檢修閘門，出口設有PN0.8m，DN1.6m錐形閥。

輸水發(fā)電系統(tǒng)采用一洞四機，輸水隧洞直徑為Φ9.2m。上、下庫進／出口設4孔攔污柵，在進／出口呈直線布置。攔污柵采用活動柵，由于水庫污物較少，且處于反復雙向水流中，不配備清污設備。攔污柵采用臨時起吊，不設長久起吊設備。在輸水隧洞進口段設事故(檢修)閘門井,采用平面滑動鋼閘門,利用高揚程卷揚機操作，閘門在檢修平臺上門槽左右側設有電動鎖定裝置。進出水口金屬結構制造廠家為葛洲壩機電建設有限公司，啟閉機制造廠家為無錫市華錦水電裝備有限公司。

由于電站尾水隧洞較長，且深埋地下，每臺機組尾水肘管與調壓井之間設尾水事故閘門，門型采用平面定輪閘門，門槽為高壓閘閥式，門槽密封蓋上布置液壓啟閉機，并設置進人孔、機械鎖定及限位器、排氣閥等部件。進出水口金屬結構制造廠家為夾江水工機械廠，液壓啟閉機制造廠家為江蘇武進液壓啟閉機有限公司。

3.主要電氣控制設備

（1）發(fā)電電壓設備

離相封閉母線由鎮(zhèn)江華東電力設備制造廠生產(chǎn)，型式為全連、自冷、離相式，主回路額定工作電壓15.75kV，額定電流12000A。發(fā)電機出口斷路器為ABB公司HECPS-3S型，包括發(fā)電機斷路器、SFC啟動隔離開關及背靠背啟動隔離開關、接地開關、電容器等。換相開關采用瑞士ABB公司HECPS3空氣絕緣、電動操作、三相五極產(chǎn)品。發(fā)電電動機中性點采用電阻接地方式，主要設備有隔離開關、電流互感器和接地變壓器及連接于二次側的接地電阻器(可調)。

（2）．計算機監(jiān)控系統(tǒng)

電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用北京中水科水電科技開發(fā)有限公司的H9000V4.0系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)主網(wǎng)網(wǎng)絡結構采用環(huán)型加星型的雙網(wǎng)結構。主網(wǎng)為雙環(huán)網(wǎng)。由于上、下庫LCU距離廠房較遠，廠內公用LCU6以星型接入上庫LCU8，開關站LCU7以星型接入下庫LCU9。從監(jiān)控設備的先進性、穩(wěn)定性、**性以及用戶應用情況等多方面考慮，清蓄電站監(jiān)控系統(tǒng)下位機現(xiàn)地控制單元（LCU）可編程控制器選用了西門子S7-400系列PLC，CPU模塊為414-5H，其運算速度*快可達18.75ns，在國內**采用Profinet工業(yè)以太網(wǎng)通信，可配置為冗余容錯的S7-400H系統(tǒng)?，F(xiàn)地控制單元大量采用遠程I/O模塊，將地下廠房各層現(xiàn)地信號就近接入遠程I/O單元中，大大節(jié)約了電纜購買、敷設和維護成本。

（3）．調速器系統(tǒng)

調速器系統(tǒng)是由ALSTOM公司生產(chǎn)，采用PID調節(jié)的數(shù)字式電液調速器，主配壓閥直徑為100mm，電液轉換器為比例閥，采用兩段關閉規(guī)律，液壓控制配有開停機電磁閥、手/自動切換閥、緊急停機電磁、得電關閉電磁閥和失電關閉電磁閥，額定工作油壓6.3MPa。調速器的速度測量采用齒盤測速和殘壓測速，配置機械過速開關(飛擺)，機械二級過速動作后通過油路直接作用于關閉球閥。

（4）.勵磁系統(tǒng)

勵磁系統(tǒng)由ABB生產(chǎn)，采用自并勵可控硅靜止整流勵磁方式，勵磁調節(jié)器型號為Unitro-6800型數(shù)字式勵磁調節(jié)器。勵磁變變壓器接在主變壓器低壓側，額定容量為1365kV˙A，廣東順特電氣設備有限公司制造。滅磁開關為瑞士ABB。額定勵磁電230V，額定勵磁電流1750A，空載勵磁電流950A。。

（5）．靜止變頻起動裝置

靜止變頻起動裝置為瑞士ABB公司制造，采用AC800PEC控制系統(tǒng)。包括輸入/輸出變壓器、輸入/輸出電抗器、輸入/輸出開關柜、起動母線、起動母線分段隔離開關、變頻裝置、冷卻系統(tǒng)、控制、保護和監(jiān)測系統(tǒng)等。SFC有2個整流橋，每橋臂4只晶閘管，1個逆變橋，每個橋臂6只晶閘管，額定容量為22MW，輸出電壓0～17.325kV，輸出頻率0～52.5Hz，啟動時間195s。

（6）．繼電保護

發(fā)電電動機保護、主變壓器保護，高壓電纜保護線、廠用電保護、SFC輸入輸出變保護系統(tǒng)及機組保護故障錄波系統(tǒng)由西門子供貨。

（7）．狀態(tài)監(jiān)測裝置

機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用具有華科同安產(chǎn)品，關鍵測量元件如擺度、鍵相、軸向位移、鐵芯振動、氣隙、磁通量、局放、壓力脈動等監(jiān)測傳感器均采用知名品牌。

（8）．400V廠用電系統(tǒng)

400V廠用電系統(tǒng)采用ABB工廠新型的MNS3.0模塊化抽出式低壓開關柜，共200多面。整體設計結構能*大程度地滿足可靠性，**性、供電的連續(xù)性及操作維修的方便性。

4.高壓設備

（1）主變壓器

電站共設有4臺型號為SSP-380000/500的三相雙圈強油循環(huán)水冷、高壓側帶無勵磁分接開關的銅繞組升/降壓電力變壓器，由特變電工衡陽變壓器有限公司生產(chǎn)。額定電壓525kV±2×2.5%/15.75kV。主變壓器低壓側經(jīng)油套管與15.75kV離相封閉母線相連，高壓側通過干式絕緣套管與GIS相連。主變壓器中性點采用干式絕緣套管引出直接接地。4臺冷卻器緊靠每臺主變壓器的高壓側(C相)布置，由GEA冷卻設備有限公司制造，油流量為264m3/h，冷卻水流量為114m3/h。

（2）500kVGIS

500kVGIS分為地面與地下兩部分，地面戶內GIS采用雙母線，包括2串進線間隔、1串出線間隔、2串母線PT間隔及SF6管線等。地下GIS采用2組聯(lián)合單元接線，每組聯(lián)合單元包括2串隔離開關及CT間隔、1串避雷器間隔及SF6管線。GIS為廈門ABB公司生產(chǎn)，型號為ELK-3，額定電流4000A，額定短時耐受電流63kA/2s。

（3）500kV電纜

500kV電纜生產(chǎn)廠家為法國雪力克電線電纜有限公司。2個回路總長約3242m，單相長約540m。與地下GIS相連的電纜終端采用外置干式水平電纜終端，與地面戶內GIS相連的電纜終端采用外置干式垂直電纜終端。500kV高壓電纜選用XLPE-800mm2、單相、銅芯、交聯(lián)聚乙烯擠包絕緣電纜，采用分割結構組合導體，額定電流880A，導體短時耐受電流63kA/2s。

5.油水氣系統(tǒng)

（1）油系統(tǒng)

電站油系統(tǒng)分為透平油系統(tǒng)和絕緣油系統(tǒng)。透平油系統(tǒng)的主要用油設備為機組各軸

承、調速系統(tǒng)用油及球閥油壓裝置用油。透平油的牌號為L-TSA46號透平油。電站絕緣油系統(tǒng)不設置單獨的絕緣油庫，僅設置必要的絕緣油處理設備，在現(xiàn)地向主變充油及真空注油。絕緣油的牌號為NYNAS10GBX。

（2）壓縮空氣系統(tǒng)

電站壓縮空氣系統(tǒng)為中壓壓縮空氣系統(tǒng)，工作壓力為6.3MPa的水泵工況啟動和調相裝壓水用氣、調速器油壓裝置用氣、球閥油壓置用氣。中壓空壓機選用德國紹爾（SAUER）公司產(chǎn)品，其中中壓空壓機4臺，排氣量10m3/min，水冷，3主1備。

（3）技術供水系統(tǒng)

機組技術供水系統(tǒng)采用單元供水方式，每臺機組從尾水管取水經(jīng)水泵加壓供水至用戶，然后排回至尾水支管，取、排水口間距約73.55m。每臺機組設兩套獨立的全自動濾水器、水泵、泵控閥，兩套互為備用。水泵選用上海凱士比泵有限公司產(chǎn)品，臥式雙吸離心泵，額定流量約1530m3/h，揚程45m;濾水器選用賀德克產(chǎn)品，過濾精度0.5mm，流量1300m3/h。

6.主要技術優(yōu)化

Q電站關鍵技術**和設計優(yōu)化100多項，獲得技術磚利10項，施工工法和QC活動獲獎8項。其中，采用精細化爆破技術開挖地下洞室、在地下廠房等部位成功應用大體積清水混凝土，工藝精良；與廠家聯(lián)合開發(fā)了機組運行監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了抽水蓄能機組核心控制程序的國產(chǎn)化；**在國內抽水蓄能機組上采用長短葉片水輪機轉輪，機組運行性能具有開創(chuàng)性突破；采用三維管路設計優(yōu)化每一設備布置，整個廠房呈工業(yè)藝術之美。

7.結語

電站建設期間，各參建單位團結合作，攻克難關，群策群力開展工程建設，常抓不懈落實**生產(chǎn)，堅持高標準，嚴把質量關。承擔工程建設管理的QY蓄能發(fā)電公司，承擔工程設計的廣東省水利水電勘測設計院，承擔施工任務的主要施工單位（中國葛洲壩集團股份有限公司、中國水利水電第五工程局有限公司、中國水利水電第十四工程局有限公司、廣東水電二局股份有限公司、東芝水電設備（杭州）有限公司、葛洲壩集團機電建設有限公司等）以扎實、嚴謹?shù)淖黠L，實現(xiàn)了上、下游水庫蓄水一次成功，上、下游水道充水一次成功，三大高壓設備充電一次成功，四臺機組考核試運行一次成功，四臺機組同時滿載甩負荷試驗一次成功，圓滿完成里程碑目標。