汕头市澄海区莲阳桥闸重建初设报告6文档格式.docx
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10
推荐方案电气主接线图
DZ101B.8-1-03
11
厂用电负荷统计
DZ101B.8-1-04
12
电站厂用电接线图
DZ101B.8-1-05
13
闸坝配电系统接线图
DZ101B.8-1-06
14
电站电气保护、测量配置图
DZ101B.9-1-01
15
电站计算机监控系统结构配置图
DZ101B.9-1-02
16
闸坝计算机监控系统结构配置图
DZ101B.9-1-03
17
闸坝及电站工业电视系统结构图
DZ101B.9-1-04
18
电站直流电源供电系统图
DZ101B.9-1-05
19
拦河闸门和启闭机布置图
DZ101B.10-1-01
20
拦河闸门总装图
DZ101B.10-1-02
21
拦河闸门门槽图
DZ101B.10-1-03
6.1水力机械
6.1.1概述
澄海莲阳桥闸工程位于韩江下游东溪支流莲阳河中部，距离出海口约12km，是韩江下游五宗出海拦河水闸（莲阳桥闸、东里桥闸、外砂桥闸、下埔桥闸、梅溪桥闸）中最大的一宗，是以御咸蓄淡、灌溉、城市供水为主，兼顾交通、发电等效益为一体的大型综合性水利枢纽工程，于1964年基本建成并投入使用。
莲阳桥闸建成至今已运行了四十多年，同时由于建设时期受到技术设备、建筑材料、资金等条件的限制，设计标准和施工质量都难以满足现有规程规范要求，工程存在问题较多。
2005年经鉴定判定水闸为四类险闸须进行重建并配套新建一座小水电站，2007年经省有关部门审查并通过了由我院编制完成的对该工程的可行性研究报告及有关附件资料。
6.1.2电站基本参数
（1）水位
上游：
校核洪水位6.9m
设计洪水位6.1m
正常高水位3.05m
下游：
校核洪水位6.75m
设计洪水位5.98m
历年平均最低尾水位-1.46m
（2）水头
最大水头（净）4.25m
平均水头（净）2.36m
最小水头（净）1.2m
（3）多年平均含沙量 0.29kg/m3
（4）温度
极端最低温度0.4℃
极端最高温度38.6℃
多年平均温度21.3℃
（5）装机容量3750kW
多年平均发电量2093kWh
年利用小时数5580小时
6.1.3水轮机机型及参数
（1）机型选择
莲阳桥水电站的最大水头4.25m，平均水头2.36m，最小水头1.2m，电站装机容量3750kW。
根据该电站水头段（1.2m~4.25m），可供选择的机型有贯流式水轮机和轴流式水轮机。
在这样的水头范围内，相对于轴流立式机组而言，贯流机组具有以下优点：
1）机组运行性能好
由于采用水平布置和直锥尾水管，水流平顺、水流条件好，无蜗壳和肘形尾水管，流道水力损失小，运行效率高；
2）电站土建工程投资小
由于机组比转速高、单位流量大，所以转轮直径小、机组间距小、厂房尺寸小，同时可减少厂房开挖深度，节约投资；
3）机组安装维护方便
灯泡贯流机组检修水轮机转轮及导水机构等主要部件时，不用拆卸发电机。
由此可见，贯流机组比轴流立式机组有明显的优点，所以本电站选用贯流机组方案。
贯流式机组按其布置形式又可分为灯泡贯流式水轮机、竖井贯流式水轮机和轴伸贯流式水轮机。
灯泡贯流式机组在国内应用最早，设计、制造技术比较成熟，运行已有经验。
虽然竖井贯流式水轮机和轴伸贯流式水轮机具有结构简单、安装维护方便、电机运行条件好等优点，但过水能力、运行效率等运行性能均不如灯泡贯流式机组，故本次设计拟选用灯泡贯流式水轮机为该电站的运行机组。
（2）机组台数
根据水能论证和电站的特点，初步拟定3台机组、4台机组两种方案。
两种方案比较参数如表6-1。
表6-1机组台数方案比较表
方案
参数
一
二
机型
GDxx-WP-370
GDxx-WP-330
装机容量（kW）
3750
台数（台）
单机容量（kW）
1250
937.5
转轮直径D1（m）
3.7
3.3
额定工况
设计水头（m）
2.36
转速（r/min）
83.3
91
单机流量（m3/s）
63.9
52.7
效率（%）
90.0
年均发电量（万kWh）
2093
2170
主机设备价差（万元）
+53
主厂房平面尺寸（长×
宽）（m）
52×
58×
12.5
厂房最低建基面高程（m）
-12.34
-12.18
从表中看出，两个方案的机组运行工况、年均发电量差别不大，但是，装3台机组的方案一比装4台机组的方案二具有以下优点：
1）主要机电设备投资小
两个方案的厂房占地面积、开挖深度差别不大，故电站投资差别主要是机电设备的投资，方案一不但主机总造价低，而且由于机组台数少，机组的控制、保护等电气设备投资也小。
2）机组运行条件好、检修维护方便
由于灯泡比一般为0.8～1.2，当水轮机转轮直径D1太小时，灯泡体内空间太小，相配的发电机放入灯泡体内有困难，或勉强可放，但运行操作与维护困难。
由于方案一转轮直径较方案二大，所以，发电机通风、散热条件好，安装及检修、维护方便。
因此本阶段推荐方案一，即电站装机3×
1250kW。
（3）水轮机基本参数
型号：
GDxxx-WP-370
水头：
最大水头4.25m
设计水头2.36m
最小水头1.2m
额定出力1316kW
额定流量63.9m3/s
额定转速83.3r/min
转轮直径3.7m
装机台数3台
6.1.4机组安装高程
灯泡贯流机组的安装高程，要考虑到允许吸出高度Hs值及尾水管顶部淹没深度h值两个因素。
通过计算，水轮机吸出高度Hs的理论值为-3.8m；
对于三台以上机组的电站，尾水位一般取一台机组满出力运行时相应的下游水位。
在设计工况下，当一台机组满出力时流量Q为63.9m3/s，根据下游流量与水位的关系曲线得对应的位水位为-1.25m。
考虑水轮机吸出高度Hs并结合电站尾水管出口顶部淹没深度，确定确定机组安装高程为-5.09m，则水轮机的实际吸出高度为-3.84m（计算至轴中心线），尾水管出口顶部淹没深度为0.51m，符合有关要求。
6.1.5调节保证计算
本电站为低水头河床式径流电站，选用灯泡贯流式水轮发电机组，其特点是转动惯量较小，为横轴结构。
为了降低机组甩负荷过渡过程中机组速率上升以及减小水锤压力的危害，确定导水叶采用分段关闭，同时，为了防止机组甩负荷时，调速系统发生故障而出现机组飞逸问题，设有重锤直接关闭装置。
经分析研究，机组过渡过程对电站厂房布置无特殊要求，本阶段初步估算机组过渡过程调节保证如下：
最大压力上升值：
ζmax≤50%
最大速率上升值：
βmax≤60%
6.1.6机组过速保护
机组过速保护是利用活动导叶的水力自关闭性能及重锤由接力器管路上的排油阀自动操作关机来作为机组的自动保护措施。
6.1.7调速器、油压装置的选择
（1）调速器
ZFT-80/40
主配压阀直径80mm
额定工作油压4.0MPa
（2）油压装置
型号:
HYZ-1.6/4.0
额定油压4.0MPa
压力油箱容积1.6m3
6.1.8辅助机械设备
（1）厂内起重设备的选择
根据机组最大起吊重量，电站主厂房选用32/5t电动双梁桥式起重机一台，跨度为14m，工作制为轻级，其中电气设备为中级。
起重量：
主钩32t、副钩5t。
轨道：
QU70型工字钢。
（2）油系统
由于发电机出口端电压为10.5kV，直接与10kV电力系统联网，无升变电设备装置，不存在变压器用油系统，故电站仅设透平油系统。
本电站透平油系统供油主要对象为：
机组液压操作系统用油；
机组各轴承润滑用油；
机组各径向轴承静压起动和停机用油；
油压装置压力油槽、储油槽、导叶接力器、重力油箱、低位油箱、径向和推力轴承、受油器等设备用油。
机组轴承重力油箱由厂家配置，布置在厂房下游侧的副厂房上楼梯间屋面。
（3）油处理设备的配置
由于电站紧邻城区，交通便利，电站机组需添加油时，可在当地就近采购并即时运抵厂房，油的净化处理亦可到附近油处理室来完成。
所以，本电站仅在厂内设两台0.5m3加油小车和按简化分析标准配置一套油化验设备外，不再考虑其它油处理设备的配置。
（4）压缩空气系统
压缩空气系统包括高压压缩空气系统和低压压缩空气系统。
1）高压空气供气对象为机组油压装置的压力油槽充气。
选择2台WP81L-4高压气机，风冷，排气量为1.155m3/min，压力为4.0MPa，一台工作一台备用，并可相互切换。
设置1.5m3高压储气罐一个，由电接点压力表控制向油压装置压力油槽供气。
详见图“DZ101B.7-1-04”。
2）低压空气供气对象包括机组制动，机组主轴空气围带，检修风动工具及吹扫用气。
选用2台S24-2低压气机，风冷，其排气量为3.05m3/min，排气压力为0.8Mpa，一台工作，一台备用，可相互切换。
设置3m3低压储气罐2个。
详见图“DZ101B.7-1-05”。
（5）供水系统
供水系统的供水对象包括发电机空气冷却器、机组油冷却器、主轴密封用水等。
由于本电站水头较低，技术供水采用水泵-水池集中供水方式，从上游取水经水泵打水至高位水池，再由水池供给各用水设备，如水池检修时水泵直接向用水设备供水。
经估算3台机组总用水量为130m3/h，为此选用2台IS150-125-315B离心水泵，其中一台备用，水泵流量为176m3/h，扬程24.8m。
详见图“DZ101B.7-1-01”。
（6）排水系统
厂内排水系统包括机组检修排水和渗漏排水两部分。
详见图“DZ101B.7-1-03”。
1）检修排水
机组检修排水是排除机组进水闸至尾水闸门之间流道的水量以及上下游闸门的漏水量，机组检修时由水泵直接抽取排至下游。
选用2台IS200-150-315A型水泵，流量为380m3/h，扬程28.9m。
2）渗漏排水
厂内渗漏排水主要来自水轮机主轴密封排水，油冷却器排水，灯泡体内凝结水，滤水器反冲清扫排水，水工结构渗漏水，生活用水等，以上排水首先排至集水井再由水泵排至下游。
拟设集水井容积210m3，选用两台IS150-125-315A泵，一台主用，一台备用，每台水泵排水量190m3/h，扬程28.9m。
（7）消防供水
消防供水主要包括消防栓，发电机灭火等。
消防用水和技术供水同一水源，取自上游，选择两台XBD6/20-（I）100×
3型消防泵，一台主用，一台备用，每台水泵流量72m3/h，扬程60m。
水泵起停由设在供水管上的接点压力表自动控制。
详情请见图“DZ101B.7-1-02”。
（8）水力测量监视系统
本电站的水力测量主要有上下游水位测量，拦污栅前后压差测量，机组各断面压力测量，机组流量、水头测量，供水池和集水井的水位测量等。
具体配置情况参见图“DZ101B.7-1-06”。
（9）机修设备
由于电站紧临城区，对外交通十分便捷，电站的机组零配件加工可由厂外加工厂协作完成，故本电站不另设机修设备。
6.1.9水力机械主要设备布置
本电站厂房位于枢纽的左岸，为河床式电站，主厂房内装有三台GDxx－WP－370水轮发电机组,从安装场侧开始编号为1＃、2＃、3＃。
主厂房分三层，即操作层、设备层和廊道层。
安装层与操作层高程相同。
主厂房净长52m，其中，安装间长20m，1#机组中心线距安装场6.5m，机组间距9.5m，3#机组中心线距右边墙6.5m；
为满足设备布置、吊运机组部件和厂内交通，设主厂房宽为14m，其中，转轮中心线至厂房上游侧10.4m，转轮中心线至厂房下游侧3.6m；
为满足水轮机导水机构整体翻身吊运高度，主厂房行车轨顶高程为16.5m，屋面梁最低底面高程为19.6m。
安装间位于厂房左端，高程为7.5m，净空尺寸为19m×
14m，其面积按一台机组安装或扩大检修的要求考虑确定，满足水轮机转轮、导水机构、发电机转子、定子、轴承支架、大轴等六大件的放置要求来考虑，设备进厂可直达安装场。
在安装间下分设一层技术供水、消防泵及空压机室，高程为；
1.47m。
主机操作层高程为7.5m。
主要布置有调速器、油压装置、机旁盘等。
主机设备层高程为1.47m。
主要布置各种管道和电缆及发电机进人孔、转轮室廊道盖板。
发电机吊物孔与流道之间的洞口的流道盖板，在流道充水时予以封堵。
机组运行时，电站操作人员可以由发电机进人竖井进入灯泡体。
廊道层高程为-10.34m。
主要布置有导水机构接力器及重锤、机组润滑油系统的回油箱及漏油箱、排水泵、水力测量系统的表计设备等。
厂房渗漏集水井设置在主厂房下游侧，井底高程为-11.34m，长×
宽×
高为24m×
3m×
3m。
6.2电工
6.2.1接入电力系统方式
6.2.1.1概况
本工程包括重建32孔水闸和新建水电站。
电站装机容量3×
1250kW，最大负荷年利用小时数为5580小时，机端电压为10.5kV。
6.2.1.2接入系统方式
根据澄海区水利局提供的资料，电站接入系统点为110kV澄海变电站。
本电站以一回10kV线路T接至澄海变电站的10kV桥东线，电站距离T接点约150m。
另外，设一回10kV出线作为桥北区近区供电回路。
详见附图DZ101B.8-1-01。
6.2.2电气主接线
6.2.2.1电气主接线方案比较
初拟以下主接线方案：
方案I：
3个机组回路、1个厂变回路与出线组成的单母线接线。
方案II：
发电机出口侧分为两段，其中一段为1个机组回路、1个厂变回路与1回出线组成的单母线接线，另一段为2个机组回路、1个厂变回路组成的单母线接线，出线侧为两进两出的单母线接线。
方案Ⅲ：
发电机出口侧为3个机组回路、1个厂变回路组成的单母线接线，，与2回出线组成的单母线接线。
出线侧为一进两出的单母线接线。
接线方案比较图见图DZ101B.8-1-02。
方案经济技术比较：
方案I优点是接线简单清晰，设备投资少。
缺点是发电机出口母线故障或检修时，电站需停机，桥北近区供电回路需暂时停电，厂用电系统不能获得机组电源和系统电源，可靠性及灵活性稍差。
方案Ⅱ优点是出线侧相对独立，发电机出口母线故障或检修不影响桥北区供电；
另外，一段发电机母线故障或检修时，另一段母线机组仍可运行，仍然可保证厂用电系统获得机组电源和系统电源，可靠性较高，运行操作灵活性较高。
缺点是设备投资及年运行维护费高于方案I和方案III。
方案Ⅲ优点是出线侧相对独立，发电机出口母线故障或检修不影响桥北区供电。
缺点是发电机出口母线故障或检修时，电站全部电能不能送出，可靠性及灵活性不如方案II。
结论：
经过以上技术和经济综合比较可见，方案I接线简单，设备投资及年运行维护费最省，方案II和方案Ⅲ虽然可靠性及灵活性相对较高，但考虑到本电站装机规模小，且只有1回出线与系统连接，方案II和方案Ⅲ在可靠性方面的优势并不明显，故本阶段推荐方案I为电站主接线形式。
推荐的主接线方案详见图DZ101B.8-1-03。
6.2.2.2厂用电接线及闸坝供电
（1）厂用电
电站设1台厂用变压器，另设柴油发电机组作为备用电源。
正常情况下，由41TA带全厂负荷；
当机组不发电时，可由系统倒送厂用电；
系统失电时，从柴油发电机组获得备用电源，供给厂内渗漏排水和事故照明及闸坝启闭机等重要负荷用电。
厂用负荷分析、厂用变容量选择见图DZ101B.8-1-04，站用电系统接线图见图DZ101B.8-1-05。
（2）闸坝供电
闸坝供电负荷为32孔拦河闸工作闸门启闭机，考虑到桥闸总长度将近400m，若一侧供电距离较远，电压损失大，不利于设备启动，故拟由电站厂用电I母线和管理楼配电房各接1回路至闸坝启闭机室，分别给1~16#闸和17~32#闸供电，当其中一回电源失电时，闸坝I段和II段之间的联络开关合闸，由另一回路厂用电源供电，两回路厂用电源均失电时，由分别由厂内和管理楼柴油发电机组供电。
闸坝配电系统接线图见图DZ101B.8-1-06。
6.2.3主要电气一次设备选择
根据澄海区水利局提供的电力系统资料，以及有关元件的经验参数，按照《水电站机电设计手册（电气一次）》所推荐的短路电流实用计算方法进行计算。
电站正序等值网络如下图所示，短路电流计算结果详见表6-2。
根据技术先进、经济合理、运行维护方便和安全可靠的原则，对主要电气设备选择如下。
（1）发电机基本参数
根据发电机制造商提供的资料，机端电压可选6.3kV和10.5kV，采用10.5kV的机组造价比采用6.3kV的机组造价一般约增加为1%~2%，不超过5%，按5%计，本电站3台机组约需增加28万元，但由于本电站出线电压为10kV，机组端电压若采用10.5kV，不必设升压变压器，按照变压器制造商报价，1台SCB9-5000kVA变压器的造价约为90.3万元，因此，机组端电压若采用10.5kV，比采用6.3kV的造价可省投资约62.3万元，另外，由于不设变压器，年电能损失费减少约11.6万元，为了减少投资，减少设备维护和年运行费，推荐选用机组端电压10.5kV。
基本参数如下：
SFWG1250-72/4250
额定电压：
10.5kV
额定容量：
1250kW
额定转速：
83.3r/min
额定功率因数：
0.85
表6-2短路电流计算结果表
短路
点编
号及
平均
电压
分
支
回
路
短路电流（kA）
0S
0.05S
1S
2S
4S
冲击
电流
周期
分量
Iz"
非周期
ifz
全电流
Iq
D---1
10.5kV
系统侧
18.766
26.540
32.504
9.763
21.154
47.854
电站侧
0.991
1.401
1.716
1.143
1.091
1.599
0.755
0.711
0.690
2.704
合计
19.757
27.941
34.220
19.909
10.855
22.676
19.521
19.478
19.457
50.559
D---2
0.4kV
13.439
19.006
23.278
6.992
15.149
34.271
0.599
0.847
1.037
0.312
0.675
1.528
14.038
19.853
24.315
7.304
15.825
35.798
（2）厂用变压器41TA
型号：
SC9-400/10.51台
400kVA
10.5±
5%/0.4kV
连接组别：
D，yn11
阻抗电压：
Ud％＝4
（3）近区变压器61TA
SC9-250/10.51台
250kVA
（4）10kV开关设备
高压开关柜KYN型，配置VBM5-12真空断路器等12台
负荷开关柜4台
（5）10kV出线回路电缆截面
经计算，10.5kV出线至T接点回路选用YJV22-3×
185），8.7/15kV电缆，能满足各种工况要求。
（6）厂用母线至闸坝电缆
按闸坝I段配电柜（位于8~9#闸之间）带31~32#闸启闭机（分段开关合闸）同时启动校验电压降，选厂用母线至闸坝电缆及动力控制柜至启闭机电缆分别为VV22-3×
240+1×
120和VV22-3×
120+1×
70，
电动机端电压小于20%，可满足启动电压降要求。
（7）柴油发电机容量
1）厂内柴油发电机组
按照厂内渗漏排水、应急照明、闸坝启闭机应急电源负荷需要，校验厂内最大一台电动机（渗漏排水泵，22kW）启动时柴油发电机端电压和电动机端电压降，选1台200kW，0.4kV柴油发电机组。
2）管理楼柴油发电机组
按照闸坝启闭机以及管理楼控制中心应急电源负荷需要，校验2台启闭机（2×
18.5kW）启动时柴油发电机端电压和电动机端电压降，选1台200kW，0.4kV柴油发电机组。
主要电气一次设备见附表6-2。
6.2.4过电压保护及接地
电站主副厂房、进水口启闭机室、闸坝启闭机室以及管理楼天面均设避雷带，引下与接地网连接，防护直击雷。
由于本电站无升压变压器，发电机直接与系统连接，按直配电机防雷保护措施设置，具体做法如下：
（1）发电机中性点设一只避雷器；
（2）发电机出口母线避雷器并联一组电容器，与发电机中性点避雷器接地端以及出线电缆金属屏蔽层连接后接地；
（3）桥东线、桥北近区出线电缆系统侧设一组避雷器，将电缆金属屏蔽层与避雷器接地端连接后接地，接地电阻≤3Ω；
（4）桥东线、桥北近区出线架空段，距离T接点约50m~100m范围内设一组避雷器，避雷器接地电阻≤5Ω。
为了防止直击雷的危害，主、副厂房、启闭机室等重要设施天面均装设有防止直击雷的避雷带。
为防止真空断路器在开断感性负载时可能产生危害电气绝缘的操作过电压，真空断路器回路均装
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