伊辛巴水电站水力机械辅助系统设计

时间：2024-07-28

李彦浩

（上海勘测设计研究院有限公司，上海 200434）

1 概述

伊辛巴水电站位于乌干达共和国南部维多利亚尼罗河上，电站采用河床式地面厂房，厂房尾水与下游河道直接相连。枢纽主要建筑物包括拦河大坝、溢洪道、发电厂房及132 kV开关站。电站主要特性参数如表1所示：

表1 电站特性参数表

该电站4台机组已在2019年1月全部投产发电，图1为该电站整体面貌实景图。

图1 伊辛巴水电站实景图

2 水轮机及其附属设备

2.1 水轮机型式及基本参数

本电站机组装设4台立式轴流转桨式水轮发电机组，单机容量为45.8 MW。水轮机的主要参数如表2所示：

表2 水轮机特性参数表

2.2 水轮机安装高程

本电站水轮机安装高程为1 033.60 m。根据制造厂提出的参数，初生空化系数σi=0.82～0.92，临界空化系数σc=0.69～0.8，相应的水头在16.45 m～15.0 m，水轮机无汽蚀运行所需的吸出高度为-4.89 m～-5.40 m，当Hs=-5.40 m时，水轮机安装高程约为1 033.60 m。考虑到本电站需在高于额定水头的某水头（约16.0 m）以上运行时，水轮机应能以51.8 MW超出力长期稳定运行以及在最高水头17.9 m附近时以61 MW超出力短期稳定运行的不利情况，在最大水头时空化系数按0.65考虑，取1.25的安全系数，则吸出高度约为-5.69 m，留一定的安全余量，推荐水轮机的吸出高度为-6 m，相应的水轮机安装高程为1 033.1 m。

2.3 水轮机附属设备

2.3.1 调速器和油压装置

每台机组均配备1台具有PID调节规律的微机型电液调速器，调速器具有较高的灵敏度、良好的运行稳定性及优良的调节品质。额定操作油压为6.3 MPa,导叶接力器开启时间为5～60 s可调节。每台调速器配置一套油压装置，包括驱动电机、螺杆式油泵、压力油罐、回油箱、组合式阀门等设备。

2.3.2 厂内桥式起重机

本电站水轮发电机组最重起吊部件为发电机转子，转子重约213 t～227 t，起吊转子的起吊轴重约10 t，平衡梁重约20 t，则最大起吊重量约243 t～257 t，因此，为满足设备安装和检修的需要，选用2台175/50/20 t型电动桥式起重机，跨度19.60 m。根据起吊发电机转子的需要，配备平衡梁1套。桥机特性参数表如表3所示。

表3 桥机特性参数表

3 辅助系统设计

3.1 技术供水系统

技术供水系统供水对象为发电机空气冷却器、上导轴承冷却器、下导及推力轴承冷却器、水导轴承冷却器及水轮机主轴密封润滑用水。本电站水轮机运行水头范围为11.10 m～17.90 m，冷却水系统采用单元供水方式，有两路水源，主水源采用闭式循环系统，热交换器采用尾水冷却器，循环水来自净水系统，运行时由高位膨胀水箱从净水系统取水，通过水泵加压进入尾水冷却器进行冷却，再进入供水对象；备用水源采用直接供水系统从下游尾水取水，通过冷却水泵，滤水器后进入供水对象，通过阀门进行两个系统的切换。主轴密封润滑水取自尾水，由主轴密封供水泵直接供水，每台机组设两台，一台工作，一台备用，当机组冷却采用直接供水时，主轴密封供水也可由冷却供水泵直接供水。

3.2 检修排水系统

电站采用直接排水方式，机组检修排水具体操作方法为：机组检修前，关闭进出水流道检修闸门，打开蜗壳侧面排水阀，将蜗壳底部0.3 m以上的积水排至尾水管；打开尾水管侧面排水阀，将尾水管底部0.3 m以上的积水排至位于尾水管底部的排水总管内，然后再通过支管引至检修排水泵，由该水泵排至尾水。抽干积水后，关闭检修排水泵，打开蜗壳底部和尾水管底部的排水阀，将底部积水排至油水分离池。本电站检修排水系统选用4台Q=650 m3/h，H=41 m的检修排水泵和2台Q=359 m3/h,H=40 m的检修排水泵。

3.3 渗漏排水系统

厂内渗漏排水系统设置1只集水井，集水井有效容积取350 m3，为避免将厂内的油污水直接排至下游河流，该井设有2个腔，一个为油水分离腔，另一个为净水腔，中间设有隔墙，隔墙底部设有联通管，含油污水首先进入油水分离腔，由于油比水轻，油污漂浮于水上，下部的净水通过联通管进入净水腔，净水腔中的净水将通过设于该腔内的排水泵排至尾水，配置2台渗漏排水泵，2台应急排水泵，Q=350.6 m3/h,H=45.2 m。为方便集水井清污，井内配置1台Q=30 m3/h,H=40 m的潜水排污泵。

油水分离腔的有效容积约140 m3，油水分离腔内的含油污水将根据腔内的油污情况定期或自动由浮油收集机清理，为此，配置2台浮油收集机。

3.4 中压压缩空气系统

本系统主要供气对象是调速系统油压装置用气，调速器压力油罐额定工作压力为6.30 MPa，压力油罐容积约8 m3，其中压缩空气的容积约5.2 m3，为了提高中压压缩空气的供气质量，空压机的排气压力为10 MPa，减压比大于1.2。中压空压机的排气量按2 h充满一台调速器油压装置用气量确定；中压贮气罐的容积按1台机组的调速器油压装置补气量确定。为了提高中压压缩空气系统可靠性，选用2台排气量为2 m3/min的中压空压机，贮气罐首次充气时两台空压机同时工作，贮气罐补气时一台工作一台备用；系统配置2只2 m3中压储气罐，空压机的起停由储气罐上的压力开关自动控制，同时还设置有压力传感器，以监视系统压力。为进一步提高压缩空气的干燥度，系统配置1台气体干燥装置。

3.5 低压压缩空气系统

本系统主要用于机组的制动用气、水轮机检修密封空气围带用气、吹扫和风动工具用气。系统额定压力为0.7 MPa。本系统选用2台Q=5.0 m3/min，P=0.8 MPa的空压机，空压机的起停由设置在储气罐上的压力开关自动控制，同时还设置有压力传感器，以监视系统压力。配置2只Q=2.0 m3，P=1.0 MPa的制动气罐，2只Q=1.0 m3，P=1.0 MPa的检修气罐。考虑到机组制动时有可靠的气源，在制动储气罐与检修储气罐之间设一连络管，并设有止回阀，检修用气罐可作为制动供气用气的补充气源。为提高压缩空气的干燥度，系统配置1台气体干燥装置，Q=5.5 m3/min，P=1.0 MPa。

3.6 透平油系统

透平油系统主要作用是满足机组轴承润滑和设备操作用油。系统包括接收新油、贮油、油的净化处理以及向机组各个轴承、调速器油压装置等供、排油。为满足机组供油、排油及油处理的需要，选用2只25 m3净油罐，2只25 m3运行油罐，2台ZJCQ-4型透平油滤油机，2台2CY-6/3.3-1型油泵，1台0.5 m3的移动油罐，2台在线过滤装置。

3.7 绝缘油系统

变压器用油须在现场进行加油、干燥和清洁。为此设置移动式的油泵、油罐和油处理设备。本电站一台变压器用油量为20 m3，油泵容量按4～6 h充满一台变压器，滤油机按不大于8 h过滤一台变压器用油量，配置2台Q=6 m3/h的移动齿轮油泵，1台精密滤油装置，2台双级真空净油装置，以及1台真空抽气装置。

3.8 水力量测系统

水力量测系统的主要任务是经常地或定期地监测机组和全厂有关水力参数，以保证电站的安全经济运行。电站水力量测系统分全厂监测项目和机组段监测项目两部分。全厂性监测项目主要有上、下游水位、电站毛水头、拦污栅前后压差、进水口事故闸门前后压差等监测项目；机组段监测项目主要有蜗壳进口压力、水轮机顶盖压力、尾水管进口真空压力、尾水管压力脉动、尾水管出口压力、机组净水头、机组流量、机组振动、机组摆度、抬机量等监测项目，以保证电站和机组安全稳定运行。