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摘要: 银盘水电站水轮机正常运行水头变化范围为13～35.12m，额定水头为26.5m，属于运行水头变幅较大的电站。根据该电站水头条件，选择轴流转浆式水轮发电机组。论述了银盘水电站机电设计技术方案和解决的主要技术问题，包括水轮发电机组选型设计和辅助设施的配套选择、电气设计、监控、消防等内容。

 

关 键 词: 机电设计;电气设计;监控;消防;银盘水电站

 

中图分类号: tv734 文献标识码: a

 

1 概述

 

银盘水电站位于乌江下游河段，地处重庆市武隆县，是乌江干流水电开发规划的第11个梯级，上游与彭水水电站衔接，下游为规划的白马梯级，是具有兼顾彭水水电站反调节任务和渠化航道的枢纽工程。该工程的开发任务是以发电为主，其次为航运。

 

银盘水电站主要由挡水建筑物、泄洪建筑物、电站厂房和通航建筑物等组成。大坝坝型采用混凝土重力坝，坝顶高程227.5m，最大坝高约78.5m，坝顶长度约600.10m，从左至右分别为左岸非溢流坝段、厂房坝段、泄洪坝段、船闸坝段及右岸非溢流坝段。厂房为河床式厂房，电站装机容量为600mw（4×150mw），保证出力161.7mw，多年平均发电量27.08亿kw?h。

 

银盘水电站机电设计的主要内容有:水轮发电机组的选型设计和辅助设施的配套选择、电气设计、监控与保护、通信、消防、泄水闸门和通航设施的电气拖动与控制等，采用的技术方案和解决的主要技术问题简要论述如下。

 

2 水轮发电机组

 

2.1 水轮机型式及参数水平

 

银盘水电站水轮机正常运行水头变化范围为13～35.12m。电站运行水头属低水头范围且水头变幅大，可供该水头段选择的机型有轴流转桨式和混流式。

 

考虑到该水头段可供选择的混流转轮较少，且该水头范围是轴流转桨式机型较理想的运行范围，轴流转桨式水轮机的主要优点是效率曲线平坦、单位转速高、稳定性较好，更适用于低水头段且水头范围变化较大的电站。经综合分析比较，轴流转桨方案优于混流方案，因此，本电站选用轴流转桨式水轮发电机组。

 

根据对国内外大型轴流式水轮机性能参数的统计分析，结合银盘水电站的基本参数及运行特点，本阶段确定的银盘水电站水轮机的性能参数水平如下:

 

比转速ns 520m?kw左右

比速系数k 2700左右

最优单位转速n′10 132r/min左右

最优单位流量q′10 1.1m3/s左右

限制点单位流量q′1 1.63m3/s左右

模型最优效率ηom ≥92.8%

真机最高效率ηot ≥94.7%

模型空化系数σm ≤0.64

 

2.2 机组容量选择

 

根据银盘水电站基本参数及运行特点，在前期设计成果的基础上（杨家沱坝址，装机容量600mw），分别对单机容量150mw（装机4台）和单机容量200mw（装机3台）两个方案进行综合分析、比较。技术方面，两方案的水轮机在设计、制造、施工、运输、运行维护等方面均是可行的，两方案的水轮机参数水平相当，但4台机方案机组制造难度远小于3台机方案，运行灵活性明显优于3台机方案，厂房施工强度和施工难度也小于3台机方案。经济方面，4台机方案与3台机方案相比，节省投资3040万元，初期运行少发电1.45亿kw?h，正常运行期每年多发电0.012亿kw?h，两方案总体经济指标基本相当。因此，综合技术经济比较，推荐4台机方案，单机容量为150mw。

 

2.3 水轮发电机组主要技术参数

 

（1）机组额定转速选择。根据国内主要水轮发电机组制造厂推荐的方案，机组额定转速有75、79、83.3r/min和88.2r/min4种，因75r/min和88.2r/min两种方案的比速系数k值、最优单位转速不满足要求不予选用，83.3r/min转速方案与79r/min转速方案相比，发电机重量轻、定子槽电流更合适，其技术经济指标均优于79r/min转速方案，故转速选用83.3r/min。

 

（2）水轮机安装高程。按相关规范的要求及适用本电站的水轮机空蚀性能，比较了水轮机最大水头、设计水头、额定水头、最小水头以及最小通航流量等工况的吸出高度和安装高程，控制本电站水轮机安装高程的工况为发额定功率工况，确定的水轮机安装高程为176.4m（以导叶中心高程计）。

 

（3）推荐方案的机组参数。推荐方案机组主要技术参数如下:

 

水轮机

额定功率 152.6mw

最大水头 35.12m

最小水头 13.00m

加权平均水头 29.66m

额定水头 26.50m

转轮直径 8.8m

额定流量 635.8m3/s

额定转速 83.3r/min

额定效率 92.5%

最高效率 94.7%

安装高程（导叶中心线） 176.4m

比转速 541.2

比速系数 2786

飞逸转速 210r/min

转轮重量 300t

水轮机总重量 1400t

发电机

额定容量 166.7mva

额定功率 150mw

功率因数 0.9

额定效率 98.3%

额定转速 83.3r/min

额定电压 13.8kv

额定电流 6973a

额定频率 50hz

发电机冷却方式 全空冷

转子重量 680t

发电机总重量 1350t

 

2.4 机组结构

 

（1）水轮机。水轮机为立轴轴流转桨式，混凝土蜗壳。从发电机顶部俯视，旋转方向为顺时针。水轮机转轮由轮毂体、桨叶、桨叶操作机构和泄水锥组成。桨叶采用具有良好抗空蚀、磨损性能的不锈钢材料vod精炼制造，五轴数控机床加工而成。转轮室由上、中、下环组成，采用不锈钢材料制造，适当位置设置1个检修进入门。

 

机组主轴由水轮机主轴和发电机主轴组成，水轮机主轴采用低合金钢整体锻造而成，中空结构，内设有桨叶接力器操作油管。水轮机主轴与转轮的连接采用摩擦传递力矩的方式。水轮机主轴与发电机主轴采用法兰连接方式。

 

（2）发电机。水轮发电机为具有上、下2个导轴承的立轴半伞式结构，冷却方式为密闭自循环全空冷。发电机上端轴和发电机主轴上端均与发