水电站水力机械辅助系统设计分析
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摘要：针对越南松邦4水电站的特点，采用了与国内水力机械辅助系统不同的设计方法：其桥机荷载试验选用了液压测力器法，设备运输采用了一种新型的设备倒运系统，消防系统的水源取自引水调压井，含油污水系统实现了污水的单独排放处理。此外，还介绍了辅助系统调试过程中出现的典型问题及解决方案。这些新的设计方法为松邦4水电站带来了较好的经济效益，可在国内水电站中推广使用。
关键词：水力机械辅助系统；设计调试；液压测力器；设备倒运系统；松邦4水电站
中图分类号：TV741；TK730．4 文献标识码：A
1电站概况
1．1电站基本参数
越南松邦4水电站位于越南与老挝的边界处，建造于越南广南省Bung河上，工程距离岘港约110km，为亚洲发展银行贷款项目。电站水头范围95．5～125m，装机容量2×78MW，保证出力35．93MW，多年平均发电量586．25×106kWh。电站主要枢纽建筑物包括大坝、进水口、引水隧洞、调压井、右岸岸边式半地下厂房、开关站，主厂房内装有2台混流式水轮发电机组，机组额定转速为250r／min，额定流量为81．07m3／s，机组具备调相功能。
1．2项目主要参建方
项目业主方为越南电力公司松邦4项目管理局，监理单位为英国MottMacdonald咨询公司，土建承包商为中国电建集团水电八局有限公司，机电设备EPC承包商（含设计、采购、运输、施工及调试等工作）为中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司与阿尔斯通水电中国组成的联营体。
2水机辅助系统设计
越南水电站在油、气、水、消防等水力机械辅机设计上和中国规范要求基本一致，但也有自己的特点和偏好［1］，以下主要介绍本电站与国内常规设计有差异的地方。
2．1桥式起重机
电站主厂房内装有一台QD200／30／10t－18．5m的桥机，主钩及副钩额定起重量分别为200和30t，电动葫芦起重量为10t，桥机跨度为18．5m，整机工作级别为A3，主钩起升速度为0．11～1．1m／min，副钩起升速度为0．8～8m／min。根据合同要求，电站桥机荷载试验方法采用液压拉升器法，主要设备包括试验地锚、液压拉升器、地锚与液压拉升器的连接件、液压拉升器与吊钩的连接件等。图1为越南松邦4水电站主起升机构试验方案简图。本电站桥机于2013年11月4日顺利通过越南当地第三方检测机构的检测，并获得该机构颁发的特种设备使用证书。
2．2厂内设备倒运系统
本电站为半地下式厂房，未设置进厂交通廊道，其设备倒运主要依靠厂内设备倒运系统实现。该系统充分利用电站已有的起重机设备，仅需设置轨道小车、轨道及导向轮装置等设备，从而省去了整条对外交通洞，节省了电站投资、工期及投产后的维护工作量［2］，其基本工作原理图如图2所示。机电设备运至尾水平台后，由尾水门机的吊钩吊运至下游副厂房地面上的轨道小车上，轨道小车的一端固定钢丝绳，钢丝绳另一端绕过位于安装场地面的导向轮装置，再连接到主机间顶部桥式起重机吊钩上。最后，桥式起重机的吊钩以慢速往上拉钢丝绳，将轨道小车及机电设备拉入到桥式起重机的起吊运行范围以内，完成机电设备由厂外运输至厂内的工作。机电设备若需检修或更换需运出至厂外时，与上述过程类似，此处不再赘述。
2．3机电设备消防系统
松邦4水电站机电设备消防系统包括厂内消防栓消防、发电机水喷雾消防及主变水喷雾消防系统。该系统与国内水电站传统设计相比有以下区别。2．3．1消防水源国内水电站消防水源一般取水库前或尾水，而本电站的消防水源取自引水调压井，经滤水器过滤及减压阀减压后供给各用户。这种取水方式有以下优点。（1）方便检修。消防水源取自调压井，可在关闭检修闸门及放空引水钢管后，对调压井内消防取水口进行检修。（2）节省投资。若从水库取水，则取水管要沿着引水钢管一直埋设至厂房内；若从调压井取水，则取水管只需从调压井埋设至厂房内，节省了从水库到调压井的一段钢管。（3）水质优良。调压井本身有个沉积效果，因而其水源水质更好。2．3．2喷雾强度根据越南国内规范《自动喷水灭火系统设计和安装要求》（TCVN7336－2003）相关要求，喷射到主变压器本体表面的水雾强度不小于18L／（min•m2），小于国内消防规范要求的强度20L／（min•m2）；另外，越南消防规范未对变压器周围的集油坑水雾强度做明确规定，在具体设计过程中，可以参考国内规范中规定的6L／（min•m2）进行计算。
2．4中压压缩空气系统
中压气系统的供气对象，主要是水轮机调速器油压装置用气及机组调相压水用气。设置了两台2－HP15－70型空气压缩机，排气量为1．64m3／min，最大排气压力为7．0MPa，电动机功率为22kW；一只1．5m3，7．0MPa调速器油压装置补气储气罐及1只1．5m3，7．0MPa调相压水储气罐。机组在调相压水时，调相压水储气罐内的空气量急剧减少，罐内空气膨胀，罐内空气温度迅速下降。因此，在选择调相压水气罐的材质时，需要考虑调相压水时引起的温降。经计算，本电站的调相压水气罐材质最终选择为16MnDR，即低温压力容器钢，其设计温度范围为－30～150℃。
2．5含油污水排水系统
越南对环保十分重视，各电站渗漏排水系统均设置专门的含油污水处理系统，电站含油污水必须经过处理后才能排放到下游河道。电站内的含油污水主要包括发电机消防水、顶盖紧急排水泵排水、机坑自流排水、空压机室地面排水、主变油坑含油污水等，上述排水汇集到厂内含油污水集水井，由含油污水排水自吸泵排至厂外的含油污水处理装置，经过处理后排至尾水河道。在设计含油污水处理装置时，需要注意其处理精度应满足越南当地环保标准的相关要求。
2．6其他水机辅助系统
其他水机辅助系统与国内电站设计基本相似，具体如下。（1）技术供水系统。电站技术供水系统采用水泵单元供水方式，水源取自尾水经技术供水泵加压、全自动滤水器过滤后供给机组技术供水用户。每台机组设置2台卧式离心泵，1主1备，离心泵流量为196～280～336m3／h，扬程为48～44～34m。每台机组设2台全自动滤水器，1主1备，额定流量为339m3／h，过滤精度为2．0mm。由于越南河流普遍泥沙含量较高，为了减少管路中泥沙淤积，冷却供水设计为双向供水方式，并选用较大的管内设计流速。主轴密封设有两路水源：主用水源取自机组技术供水总管，经水力旋流器过滤后供给；备用水源取自上游调压井内减压后的消防水管，主轴密封供水竖直管路上（水流方向从下往上）安装有插入式电磁流量计及流量开关。（2）机组检修排水系统。本电站机组检修排水采用间接排水方式。在每台机的蝶阀前压力钢管底部设1只DN200闸阀、蝶阀后蜗壳进口底部设1只DN100mm闸阀，与尾水管相连；在每台机组尾水管底部，设1只DN300mm的盘型阀，与集水井相连。机组检修排水采用2台深井泵，深井泵流量为110～130～150m3／h，扬程为27～24～20m，由于集水井深度较浅，深井泵吸水管较短，故选用了自轴承的深井泵，省去了深井泵水管路及阀门。（3）厂房渗漏排水系统。厂房渗漏排水系统，主要用于排除厂房内水工建筑物各部位的渗漏水、机组渗漏水（不包括发电机消防水、顶盖紧急排水泵排水、机坑自流排水、空压机室地面排水）以及其他临时排水等。渗漏集水井内设2台潜水排污泵，1主1备，水泵流量为65～80～120m3／h，扬程为45～40～35m。
3辅助系统调试
在机组调试过程中，辅助系统中部分设备及管路出现了一些问题。
3．1调相压水供气管内部异响
1号机组在空载调试状态时，调相压水系统中的调相压水进气管发出连续且刺耳的异响及振动情况；但当机组并网带负荷后，无论所带负荷大小，调相压水进水管均没出现上述现象。经分析，上述现象发生的主要原因是：机组空载或空转状态下时，尾水椎管有脱流现象，而调相压水气管则是直接连到尾水椎管处的，该管路所发出的异响声为气体溃灭时对管路产生的振动；当机组带负荷后，尾水椎管不再出现脱流现象，因此管路异响现象消失。
3．2技术供水排水管异响
1号、2号机组的技术供水总管安装了旋启式止回阀，该阀门在技术供水系统运行过程中，反复发出类似杂物冲击阀瓣的异响，但拆开止回阀顶部阀盖后，并没发现任何异物。后根据阀门厂家的建议，将旋启式止回阀更换为静音式止回阀，效果良好，再也没出现止回阀异响的现象。
3．3主轴密封供水管路断流
1号、2号机组的机组试运行期间，多次发生因插入式电磁流量计低流量报警引起事故跳机的情况，为了查找并确认机组事故停机的原因，项目专业设计人员单独采购了一套便携外贴式超声波流量计，对主轴密封水流量进行现地实测，作为插入式电磁流量计测量结果的对照。通过对比分析两种不同类型流量计的测量结果，结合国内其他电站的实际经验，确定了机组事故停机的原因为电磁流量计所发出的主轴密封“中断”假信号。考虑电磁流量计是一种对使用环境要求很高的自动化仪表，而水电站则具有电磁干扰较强、设备及管路均有震动、底层环境较为潮湿等特点，其环境较为恶劣。因此，在明确了主轴密封水“中断”事故停机的原因后，对主轴密封供水系统制定并实施了以下改造：（1）在主轴密封供水管上增设管道式挡板流量开关作为主轴密封水中断的判定条件，原插入式电磁流量计的测量结果仅作为流量显示用途；（2）更改机组保护程序中主轴密封水中断事故停机的判断条件，即当挡板式流量开关发出过低信号以及压力开关发出压力过低信号时，机组保护系统才能认定主轴密封水中断，经延时15s后启动事故停机流程。
4结语
本电站属于中小型水电站，安装常规的立轴混流式水轮发电机组，水力机械设计原则与国内电站基本相同，但也有一定的特点。桥机荷载试验采用了液压测力器试验法，该方法与传统的试块法相比成本更低、操作更简单；厂内设备倒运系统充分利用了已有设备，节省了大量土建投资；消防系统水源取自引水调压井，方便检修，水质优良；含油污水系统的污水单独排放，并进行了油水分离处理，避免油排入河道污染环境。2014年10月，电站两台机组均投产发电。虽然机组试运行时间发生了主轴密封水断流停机事故，但该问题已顺利解决。从现场投运情况看运行基本良好，机组运行稳定，各水力机械辅助系统均运行正常。越南松邦4水电站机组的成功投产发电，为今后东南亚类似电站机电成套项目的竞标及后续电站辅助系统的设计、调试积累了经验。
参考文献：
［1］张辉，王騃．越南水电站水力机械辅机设计特点［J］．云南水力发电，2008，24（6）：72－77．
［2］中国电建集团华电勘测设计研究院有限公司．一种半地下式厂房的设备运输装置［P］．中国专利：ZL201420343657．3，2014－1112．
作者：胡雄峰 郑应霞 严丽 单位：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司