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谢永兰 (中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065) 摘 要：抽水蓄能电站多为地下厂房，高水头大吸出高度，对供排水方式、供气的复杂多样有别于常规水电站，设计难度大，需要考虑的细节多。以陕西省镇安抽水蓄能电站招标设计阶段油、气、水系统的设计为基础，结合其他抽水蓄能电站辅助系统设计,介绍了辅助设计重点，为相关专业人员提供抽水蓄能电站辅助系统设计参考和借鉴。关键词：抽水蓄能电站；辅助系统；设计 1 工程概况镇安抽水蓄能电站位于陕西省商洛市镇安县月河镇东阳村。电站距镇安县城公路里程74 km，距西安市公路里程134 km；是一座日调节400 m水头段的纯抽水蓄能电站。电站装设4台单机容量为350 MW的立轴单级混流可逆式水泵水轮发电机组，总装机容量1 400 MW。 电站水道系统采用2管4机，由低压引水隧洞、上游调压井、高压隧洞、高压钢岔管、高压钢支管、尾水支管、尾水隧洞组成；厂房洞室群由主厂房、安装场、副厂房、主变洞、母线洞、尾水事故闸门洞和330 kV电缆出线洞等组成。 目前，镇安抽水蓄能项目已通过国家发改委核准，进入招标设计阶段。 2 电站参数镇安抽水蓄能电站具体参数如下： 最大毛水头 482 m 最小毛水头 422 m 水轮机工况额定净水头 440 m 上库正常蓄水位 1 392.00 m 上库死水位 1 367.00 m 下库正常蓄水位 945.00 m 下库死水位 910.00 m 3 技术供水系统3.1 技术供水对象 技术供水系统主要用户有：机组冷却及润滑用水、水机辅助设备冷却及润滑用水、电气设备冷却用水。其中机组冷却及润滑用水包括：发电电动机空气冷却器，上导轴承油冷却器，下导、推力轴承油冷却器，水泵水轮机导轴承的润滑和冷却，水泵水轮机主轴密封用水，上、下止漏环用水等；水机辅助设备冷却及润滑用水为：高压空压机冷却、深井泵轴瓦润滑、油压装置回油箱冷却用水(考虑镇安当地气候特点未设置)等；电气设备冷却用水为：主变压器冷却用水，SFC启动装置冷却用水等。 3.2 水源及技术供水方式 本电站毛水头范围为422～482 m，地下式厂房，机组吸出高度拟定为-75 m，因此本电站水头较高、机组埋深较大，可供选用的技术供水方式主要有：压力钢管自流减压供水、水泵加压供水以及尾水自流供水等方式。这3种供水方式各有优、缺点。 (1) 压力钢管自流减压供水方式：因电站水头较高，减压对水能浪费较大，不经济；且减压比较大，对减压设备的可靠性要求较高。 (2) 水泵加压供水方式：水源取自尾水洞，经水泵加压、滤水器过滤后供给各用户后又排至尾水管，形成一个闭式循环，水量不浪费，但需要有可靠的厂用电源，对冷却设备的承压要求较高。但通过与厂家的技术交流以及参考相同水头段蓄能电站的供水方式，冷却设备的承压应不成问题。因下库水位有波动存在压力不稳定等缺点，尤其是对水压、水质要求较高的主轴密封用水。 (2) 尾水自流供水方式：水源取自尾水洞，经滤水器过滤后直接供给各用户后排至渗漏集水井，再自流排出厂外。水量无法回收，对一些用水量小、冷却时间不长的冷却设备可以采用。 据以上分析以及本电站各技术供水用户水量、运行时间等不同要求以及布置情况的不同，本电站采用尾水自流供水、水泵加压供水、盘形释放管减压供水的联合供水方式。 3.3 供水系统 3.3.1 尾水自流供水系统 尾水自流供水系统用户为：主变空载冷却用水、SFC启动设备冷却用水、高压空压机冷却用水、深井泵轴承润滑用水等；由于主变空载冷却用水、SFC启动设备冷却用水、高压空压机冷却用水水量不大，用水时间不长；考虑先排至渗漏集水井后，然后通过自流排水洞排出厂外。 本电站尾水为1洞2机的布置形式，在1号机、3号机(或2号机、4号机)尾水洞事故检修门后各设1个取水口，并在全厂用干管相连，组成低压供水干管；每个取水口均设置有滤水设备，1个主用、1个备用。 另外，上库充水系统、消防用水也取自低压供水干管。 3.3.2 水泵加压供水系统 水泵加压供水系统用户为：发电电动机空气冷却器，发电电动机上导轴承油冷却器，发电电动机下导、推力轴承油冷却器，水泵水轮机导轴承的润滑和冷却，上、下止漏环用水，油压装置集油槽冷却用水，主变压器冷却用水等。 采用单元供水的方式：主水源取自每台机组尾水管，备用水源取自每2台机组取水管之间的联络管；每个取水口的水量按2个供水单元(含机组及主变)用水量计，每个供水单元设2台加压泵和2台全自动滤水器(1台工作、1台备用)；排水排至尾水检修门后尾水洞；为了防止热短路，取水口和排水口应相隔足够距离[4]。 3.3.3 盘形释放管减压供水系统 主要为水轮机主轴密封提供用水，具有供水量小、可靠性高等特点。 该系统从每台机组进水阀前压力钢管取水，经过盘形释放管减压后供给。 4 厂内排水系统厂内排水系统分为机组检修排水系统和渗漏排水系统。 4.1 排水方式 由于本电站具备自流排水的地形条件，且此方式安全、可靠且节能[5]，故本电站检修排水系统和渗漏排水系统均选用自流排水方案。 4.2 检修排水系统 检修排水系统分为机组检修和水道检修排水2个部分，机组检修排水对象为球阀和尾水闸门之间的水体；水道检修排水对象为上、下库进出水口闸门之间的水体和进出水口闸门漏水。 4.2.1 机组检修排水 当机组需要检修时，先关闭球阀和尾水事故闸门；打开蜗壳排水阀和尾水管排水阀，将水体通过DN500排水总管排至渗漏集水井，然后通过自流排水洞排至厂房外。 4.2.2 水道及压力钢管排水 当水道系统检修时，先关闭上库进出水口闸门和球阀，通过打开压力钢管排水管的针形阀将球阀上游压力钢管中的水排至与下游水位相等时，再关闭下库进出水口闸门，然后开启尾水管排水阀，将水体通过DN500排水总管排至渗漏集水井，然后通过自流排水洞排至厂房外。 4.3 渗漏排水系统 厂内渗漏排水系统任务：排出地下厂房围岩渗水、机组顶盖及主轴密封漏水、SFC启动装置冷却排水、主变压器空载运行冷却排水、高压空压机冷却排水、深井泵润滑排水以及厂内设备检修冲洗、钢管伸缩节渗漏和供排水阀门/管件的渗漏水等。 机组在运行中部分排水流入集水井，可能会有漏油也一起排入集水井，因此需要配置一套油水分离系统对集水井中含油污水进行油水分离后将符合要求的水向下游排放。 镇安抽水蓄能电站初拟设置2台50 m3/h的油水分离装置。 5 压缩空气系统压缩空气系统分为中压压缩空气系统和低压压缩空气系统。 5.1 中压压缩空气系统 根据各用户供气压力的要求，中压压缩空气系统分为8.0 MPa和1.6 MPa两个压力等级。8.0 MPa中压气系统主要为水泵水轮机水泵工况启动或调相压水供气以及调速器油压装置与进水阀油压装置充气和补气；1.6 MPa中压气系统主要用于主轴密封检修(空气围带)用气和各下游取水口清污吹扫。 5.1.1 中压压缩空气系统(8.0 MPa) (1) 压水供气系统 镇安抽水蓄能电站压水供气系统采用组合方式，即共用空气压缩机，每台水泵水轮机单独设置压水供气用贮气罐。 贮气罐总容积按考虑空压机不启动、压水前气罐压力为正常工作压力下限、完成1次压水操作后气罐压力为允许最低压力值的容积[6]。 空气压缩机的总容量分别按以下原则进行计算：① 全部4台水泵水轮机完成1次压水操作后，在90 min内能够使贮气罐压力恢复到正常工作压力下限值。② 补充全部水泵水轮机在压水操作完成后的漏气量。两者中取大值。 根据计算，每台机组贮气罐选取2个8.0 MPa、12.0 m3的压水供气贮气罐，另全厂设置1个8.0 MPa、12.0 m3的平衡气罐和5台8.0 MPa、10 m3/min的中压空压机(4台工作、1台备用)。 (2) 油压装置供气系统 进水阀和调速器油压装置的额定油压均为6.3 MPa；油压装置供气系统采用二级压力供气，空压机额定出口压力为8.0 MPa，在贮气罐出口设置减压阀，减压阀后装设气水分离器。 空气压缩机的总容量按3 h内将1台机组油压装置内空气的气压达到额定值来确定[7]。由于压力油罐除首次充气时用气量较大外，其余时间用气量均较小；且机组调相用备用空压机排气量远大于油压装置用气所需空压机生产率，故油压装置供气系统不另外设置空压机，与机组压水供气系统共用空压机。 贮气罐总容积按压力油罐内油面上升200 mm时所需的运行补气量确定[8]，经计算设置1个8.0 MPa、7.0 m3的贮气罐。 5台空压机通过设置在平衡气罐上的压力开关来控制启、停。 5.1.2 中压压缩空气系统(1.6 MPa) 考虑下库正常蓄水位与转轮中心间的压差约1.1 MPa，为留一定裕度，气源压力可采用1.6 MPa。另外本电站尾水管取水口吹扫用气也接自此系统，故配置2台P=1.6 MPa、Qk=1.61 m3/min、电机功率N=15 kW的空压机(1台工作、1台备用)和1个容积为2 m3、P=1.6 MPa贮气罐。 5.2 低压压缩空气系统 低压压缩空气系统主要供气对象为机组制动用气和设备检修维护用气。 5.2.1 制动供气系统 贮气罐总容积按全部空压机不动、2台机制动后气罐内气压下降0.2 MPa进行计算，设置1个容积为4 m3、P=0.8 MPa的贮气罐。 空压机容量按2台机组制动后、5 min之内恢复贮气罐工作压力考虑，选择2台P=0.8 MPa、Qk=1.60 m3/min的空压机(1台工作、1台备用)。 5.2.2 检修供气系统 参考同类型抽水蓄能电站的设计情况，确定镇安抽水蓄能电站检修风动工具的用气量，最终设置2台P=0.8 MPa、Qk=4.9 m3/min的空压机和1个容积为4 m3、P=0.8 MPa的贮气罐。 6 油系统油系统分为透平油系统和绝缘油系统。透平油系统主要供机组轴承润滑用油和调速系统、进水阀的操作用油；绝缘油系统主要供变压器用油。 6.1 透平油系统 考虑抽水蓄能电站厂房布置实际情况以及交通情况，不设置透平油库，仅在厂内设置中间油罐室和油处理设备室，中间油罐和油处理设备的设置按照NB/T 35035-2014 《水力发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规定》的相关规定进行。 6.2 绝缘油系统 根据近年来各电站绝缘油系统的配置情况，本电站不设油罐，仅设置油处理设备。 与本电站容量接近的浙江仙居抽水蓄能电站绝缘油系统仅设置了1台真空净油机和1台真空泵，镇安电站绝缘油系统油处理设备的配置也可进行酌情简化。 7 结 语由于抽水蓄能电站较常规电站而言，其水力机械辅助系统标准化设计较易于实现[9]。国网新源控股有限公司(即镇安抽蓄电站业主)组织各设计院针对几个典型工程进行了抽水蓄能电站典型化设计，镇安辅助系统的设计是在借鉴了此次抽蓄典设相关资料的基础上进行的。或有不足，欢迎批评、指正！ 参考文献： [1] 刘慧凤.陕西镇安抽水蓄能电站工程可行性研究报告(机电部分)[R].西安:西北勘测设计研究院有限公司,2013. [2] 陈东,何文才.广蓄二期工程水力机械辅助系统设计[J].广东水利水电,2001(11):64-66. [3] 吴新平.惠州抽水蓄能电站机组辅助设备系统设计特点[J].广东水利水电,2008(07)：59-62. [4] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.抽水蓄能电站设计导则:DL/T5208-2005 [S].北京：中国电力出版社，2005. [5] 吴滨.白莲河抽水蓄能电站排水系统研究[J].水力发电,2010(07)：53-54,62. [6] 国家能源局.水力发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规定：NB/T 35035-2014[S].北京：中国电力出版社，2015. [7] 水电站机电手册编写组.水电站机电设计手册[M].北京：水利电力出版社,1983：509. [8] 范华秀.水力机组辅助设备[M].北京：中国水利水电出版社,1987：80. [9] 沈剑初,周杰,张宝勇.抽水蓄能电站水力机械辅助系统标准化和精细化设计[J].西北水电,2012(S1)：106-109. Design of Auxiliary System of Zhen'an Pumped Storage Power Plant XIE Yonglan (Northwest Engineering Co., Ltd., Xi'an 710065，China) Abstract：The pumped storage power plants mostly feature underground powerhouse, high water head and large suction height. Complexity and variety of their water supply and dewatering modes as well as the compressed-air supply are different from these of the conventional power stations. Their design are difficult and more details shall be considered. Based on the design of oil, compressed-air and water systems of Zhen'an Pumped Storage Power Plant at tendering design stage and in combination with the design of the auxiliary system of other pumped storage power plants, the design key points of auxiliary system are described. It can provide designers with references for the design of auxiliary system of the pumped storage power plants.Key words: pumped storage power plant; auxiliary system; design 文章编号：1006—2610(2017)01—0055—03 收稿日期：2016-06-27 作者简介：谢永兰(1978- )，女，湖北省京山县人,高级工程师，主要从事水电站设计工作. 中图分类号：TV743 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1006-2610.2017.01.014 |
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