小型水电站机电设备导则中华人民共和国水利部.docx
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小型水电站机电设备导则中华人民共和国水利部
UDC
中华人民共和国国家标准
小型水电站机电设备导则
Electromechanicalequipmentguide
forsmallhydroelectricinstallations
（征求意见稿）
目 次
前言
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。
本标准是对GB/T18110-2000《小水电站机电设备导则》的修订，修改采用IEC61116:
1992《小水电机电设备导则》（Electromechanicalequipmentguideforsmallhydroelectricinstallations）。
本标准与GB/T18110-2000相比，主要技术差异如下：
——将本标准名称改为：
小型水电站机电设备导则；
——将适用范围改为：
适用于装机容量在50MW及以下水电站的机电设备；
——删除原第2章“术语”，将原第4章“程序方法”改为附录A，原第5章“电站装置和运行条件的说明”改为“电站机电设备运行条件”，第6章“设备技术条件”改为“机电设备技术要求”，第7章“监理、发货、运行和维护”改为“检查、交货、安装、运行和维护”；
——“4.3.3.3保护机组的主阀、闸门”节增加了“当电站紧急关机需要关闭阀门时，可选用重锤式液控阀门，或高油压蓄能式阀门，在无外来能源时，能依靠阀门自身重锤的蓄能，或高油压蓄能自动关闭。
”
——“4.3.5.1冲击式水轮机（水斗式、斜击式、双击式）”增加了“有条件的可以选择整体铸造或者整体锻造的转轮。
”
——“4.3.5.6调速系统”增加了“调节系统应有足够的能量储备（压力罐容量）以确保断电状况下的事故停机”；
——“4.4.3水轮机”增加了“对于反击式水轮机转轮宜采用数控加工方式”内容；
——“4.3.6发电机”增加了“可考虑采用电机线圈VPI真空浸漆工艺”内容。
本标准由中华人民共和国水利部农村水电及电气化发展局提出。
本标准由水利部国际合作与科技司归口。
本标准主要起草单位：
水利部农村电气化研究所、中国水利水电科学研究院，杭州亚太水电设备成套技术有限公司，杭州思绿能源科技有限公司。
本标准主要起草人：
徐伟、徐锦才、徐洪泉、张巍、徐国君、金华频、王学锋、张丽萍、陈锐、吴韬、李永国。
本标准所代替标准的历次版本发布情况：
——GB/T18110-2000
小型水电站机电设备导则
1范围
本标准规定了电站装置和运行条件、小水电站机电设备技术条件及检查、发货、运行和维护的要求。
本标准适用于装机容量在50MW及以下水电站的机电设备。
本标准仅涉及需方与供方之间的直接关系，不涉及土建工程、行政事务或商务。
本标准完全建立在实际资料基础上，目的是向需方提供其所需的资料，以帮助需方做好如下工作：
——招标的准备；
——标书评估；
——在设备设计和制造期间与供方协商；
——在制造过程和厂内试验时的质量控制；
——现场安装监督；
——试运行；
——验收试验；
——运行和维护。
本标准包括：
a）小型水电站机电设备的一般要求；
b）机电设备的技术要求（不包括尺寸和标准化）；
c）验收、运行和维护要求。
考虑到设备的类型，文件应尽可能地简单，但必须充分地给出特殊运行条件。
过高的技术要求对工程的经济性不利。
本标准不涉及前期科学研究和可行性研究阶段，也不涉及与能源供求有关的经济研究。
本标准不能代替关于设备选型、设计、制造、安装和试验所必需的工程研究，其要旨是让需方知道小水电站建造中应提供、说明及应考虑的要点和资料。
2规范性引用标准
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T8564水轮发电机组安装技术规范
GB/T9652.1水轮机控制系统技术条件
GB/T14478大中型水轮机进水阀门基本技术条件
GB/T15468水轮机基本技术条件
GB/T15469.1水轮机、蓄能泵和水泵水轮机空蚀评定第1部分：
反击式水轮机的空蚀评定
GB/T15613水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验
GB/T19184水斗式水轮机空蚀评定
GB/T21717小型水轮机型式参数及性能技术规定
GB/T21718小型水轮机基本技术条件
GB/T22140小型水轮机现场验收试验规程
GB/T27989小型水轮发电机基本技术条件
GB/T50071小型水力发电站设计规范
DL507水轮发电机启动试验规程
JB/T6752中小型水轮机转轮静平衡试验规程
3电站机电设备运行条件
小型水电站业主从方案的研究开始，到最终的运行发电，经过了一系列步骤，见附录A。
在询价过程中，应给供方提供尽可能多的数据资料和供货进度要求，以便获得更好的技术方案。
3.1现场条件
3.1.1提供地形平面图和断面图，给出标记点的海拔高程和主要水工建筑物（见图2a、图2b、图2c和图2d）—水库、进水口、引水道、调压井、前池、压力钢管、厂房、上游和尾水所要求的位置，并给出它们的主要特征（引水道和压力钢管等的断面、长度及材质），标明地质条件。
3.1.2附有与本标准3.1.1条所述地形图相互参照的图纸，标明主要水工建筑物的标高及位置。
3.1.3提供在极限温度下的水质化学分析。
必要时，还需提供进水口区域或沉砂池下游处水中含有泥沙的浓度、成分、级配及硬度等。
标明存在的有机生物或浮游物等。
3.1.4地域条件：
极限气温、湿度，发生过的强风暴及地震等。
3.1.5指明各类运输或道路限制。
3.1.6在本标准5.3.1.1和5.3.1.3条中所述的一些资料，如果能反映需方所属地域的特征，也应在标书中说明。
3.1.7说明是径流式电站（见图3a和图3b）还是带有水库的电站。
指明是否有特殊运行条件：
例如综合利用的方案、环保、养鱼、灌溉、生活供水等。
绘图说明电站的哪些现存的部分预计将继续使用。
3.1.8说明是有人或无人值守电站。
3.2电站水力条件及对机组设计的要求
3.2.1引水系统最大允许的涌浪上下限。
3.2.2提供流量随时间变化的曲线（见图4），并标明限制流量（保证供水量、灌溉用水和生活用水）。
3.2.3选定的额定流量Qr（m3/s）及年利用小时。
3.2.4以海拔高程（m）说明进水口和尾水处的极限水位如下：
a）上游最高……m
最低……m
b）下游最高……m
最低……m
c）允许运行范围……m
并给出下列曲线：
a）上下游水位与流量关系曲线
b）上游水库或前池水位与容积的关系曲线（对有水库的方案是必不可少的）。
3.2.5说明预计的设计功率和相应的运行时间。
3.2.6建议机组台数。
3.2.7规定整个运行范围以及过负荷条件下的效率评定标准，加权平均效率应根据不同水头和流量下发出电能的总和计算。
对某特定效率或过负荷所给出的加权值取决于所研究运行点的利用时间和设备所回收的能量。
常规的投标须知见本标准4.5条。
注：
1对于具有短进水口的低水头电站，进水口的设计应防止产生旋涡和掺气等水力问题。
2为减小引水系统水头损失，应正确设计流道。
3对于箱式整装小水电站，设计时还应注意箱内空间对机型以及尺寸的影响。
3.3电站运行电气条件
电站的电气条件和要求在本标准3.3.1或3.3.2列出。
3.3.1在孤立电网中运行的电站
a）没有任何外来能源加入该网。
对于孤立负荷的电网，机组直接起动的能力非常重要。
1）要求的电网电压……V
在稳定条件下容许偏差+……%～-……%
2）电网频率……Hz
在稳定条件下容许偏差+……%～-……%
3）电网在全年内要求的最小功率……kW
4）电网承受负荷的变化率（确定是否需要飞轮的因素之一）
……kW/s
5）电网能承受的最大负荷阶跃变化值+…kW～-…kW
6）功率因数（cosφ）
b）与其它供电电源永久性并网运行：
1）水电机组型式……
最小功率……kW
2）火电机组型式……
3）发电机特性（同步机或异步机）
额定电压……V
额定频率……Hz
额定输出功率……kVA
转动惯量GD2……kg·m2
功率因数（cosφ）
4）水轮机调速器特性
电网条件由本标准3.3.1条a）中的1）到4）决定。
5）电压调节器特性（无功功率分配）
c）能量利用:
每日和每季的负荷变化
功率
最小，kW
平均，kW
最大，kW
非动力负荷（照明、电热、烘干）
动力负荷（电动机）
总计
为确定调速器的调节及设计方法，应给出负荷变化（负荷曲线）的指标:
1）每天；
2）每周；
3）每季。
宜标明优先和非优先负荷（可卸负荷），这有益于调速器的设计。
3.3.2与承担基荷的电网并网运行的电站
a）电网特性
1）电压……V
容许偏差＋……%～-……%
2）频率……Hz
容许偏差＋……%～-……%
3）短路功率（新电路在此处与电网连接）……kVA
4）功率因数（cosφ）……
b）电网中最大容量发电机的视在功……kVA
3.3.3电能输送和分配
提供下述图纸：
—在孤立负荷运行时整个电网的总体布置图；
—在与一大电网并联运行时，与该电网连结的图纸。
布置图中应标明能源供求的重点，及提供电网任何可能的发展规划。
3.4调节类型和运行方式
3.4.1频率调节
如机组或电站运行于孤立电网中，或在电网中起主导作用，当负荷变化时需要由调速器维持电网频率。
对于与大电网并联运行的小容量且水力资源充裕的机组，也可以使用简单的调速器，在机组满发时可将多余的水能弃掉。
3.4.2水位控制
说明是应保持上游或下游水位稳定，还是利用发电机组或某些其他流量装置使水位保持在一定范围内。
若为后者，水轮机导叶开度则应采用水位反馈控制，通常这是径流式电站（本身位于河中或旁通渠道中）或由灌渠中引水的电站。
注：
在孤立负荷运行时，水位或频率均能控制，但不能两者兼顾。
3.4.3流量调节
说明提供给机组的流量是稳定的，还是随时间变化的。
注：
在孤立负荷运行时，流量或频率均能控制，但不能两者兼顾。
3.4.4简单调节
若电站运行于能控制频率的电网中，其机组可装配带有水位反馈或负荷反馈的简单的调速器。
当电网的一部分偶然出现解列而又采用的是简单的调速器时，电网稳定性将会受到影响。
3.5自动化监控系统
a）说明起动和停机程序的操作人员是相同还是不同的。
b）若为无人值守电站，指明警报器安装的位置。
c）说明启动、并网、加载及停机等操作是下面哪种：
1）手动；
2）自动；
3）遥控（在该情况下，说明中央控制室位置、信号传输的载体、方式和方法）。
d）若设计方案中有水库并有多台机组，则应说明水库水位是手动控制还是自动控制（按程序操作）。
e）说明电站是否是电网中其他供电能源的控制中心，是否是梯级电站需要联合调度及调度方式。
4机电设备技术条件
4.1技术要求
除提供设备外，供方还应提供：
a）技术方案在水力特性和运行要求方面的适用性。
b）必要的前期水工建筑物的数据，以便设计的水工建筑物能适应设备的要求。
核实水工建筑物与机电设备配套性（总体尺寸、地板负载、提供并校核早期水工建筑物设计图等）。
c）设备安装、启动、运行和维护方面所需的资料。
4.2供货范围
应逐项清楚地确定供货范围，认真复核有无被遗漏的设备。
4.2.1常规主机设备
常规主机设备供货范围一般都包括：
水轮机、发电机、励磁装置、调速器、油压装置、主阀、自动化元件、备品备件及专用工器具等。
4.2.2水力系统
水力系统供货范围自拦污栅和拦污栅清污设备起，到尾水管末端止。
4.2.3.电气系统
可包括所有电气设备，直到需方规定的与电网的第一个接点。
4.2.4常规供货范围不包括的内容
常规供货范围不包括下列各项：
a）水工金属结构；
b）遥测装置和遥控设备；
c）通信设备。
4.3技术要求
在考虑小水电站要求简单、安全、经济的前提下，应充分采用国内外的新技术成果（新技术、新材料、新工艺、新产品），这将有利于提高电站的可靠性和可维护性，并延长电站的寿命。
4.3.1拦污栅和拦污栅清污设备
拦污栅的过栅流速一般控制在1～1.2m/s。
对于低水头电站，过栅流速应适当减小。
拦污栅栅格间的开口应尽可能大，但应小于过水断面的最小尺寸（混流式水轮机转轮叶片之间的最小开口）。
当拦污栅完全被阻塞时，其强度应能承受可能产生的最大压力。
拦污栅清污设备可以手动或自动操作，但两种方式均应考虑到杂物的清除、输送和排放。
在多泥沙河流中，拦污栅前应设置排沙设施。
4.3.2水位控制
根据电站运行的需要，水位控制可作为参考，也可作为保护措施和辅助控制措施。
水位控制装置通常位于机组的上游侧（进水口、拦河坝等），但也可能需要控制下游水位（因流量需要、下游电站要求等）。
如果水位测量装置采用电子装置且距电站很远，则应连同连接线一起加以保护，以防电脉冲干扰。
此外，水位控制装置（和其他辅助设备）应加以保护，以免受环境或其它因素的破坏。
对于低水头电站，水位控制装置宜装于水轮机进口处。
4.3.3截流装置
机组应至少有一个起保护作用的截流装置。
在紧急情况下，无论是没有电信号（这一情况可能发生在虹吸引水式机组驼峰真空破坏时）还是有电信号，该装置均可关闭，这一装置也可以是导水机构。
导叶的操作机构应该具有在不平衡压力情况下开启的能力，但主阀通常在上下游压力平衡的情况下开启。
在任何情况下，为安全起见，截流装置应能确保关闭：
a）对于闸门，应能通过自身重量使其关闭。
b）对起安全关闭作用的主阀和导叶，如果没有自关闭趋势，应有重锤或有等效作用的其他装置（如储能弹簧等）使其关闭。
为使叠梁闸门和闸门能正常且持久的工作，应保证固定导槽平行。
主阀和闸门应能承受1.5倍的最大总压力（包括水锤波），并能够截断最大流量，包括截断压力钢管中的水流。
应规定密封系统允许的最大泄漏量（单位用l/min），且密封是可更换的。
4.3.3.1叠梁闸门或检修闸门
在一些情况下，它们可作为备用的关闭装置。
4.3.3.2进水口的闸门、阀门
如果需要这些装置，应确定合理的关闭速度和步骤，以避免在流道内和水力机组中产生不利的干扰。
应在关闭装置下游侧的压力钢管上设置合适的通风口，以防止压力钢管破裂或输水设备发生严重破坏。
4.3.3.3保护机组的主阀、闸门（见GB/T14478）
如果压力钢管较短且已装有一个进水口闸门，通常不需再另外安装主阀。
但对于一管多机电站，宜每台机组安装一个单独的主阀，如当某一机组在紧急事故关机时遇到调速器拒动情况时作为后备保护；或当某一机组停机检修而不影响其他机组正常运行时启用。
对设计水头较高，引水管线较长的单管单机电站，为减少开机充水时间及停机漏水损失，也宜安装进口主阀。
对灯泡式水轮机，在某些情况下，可将闸门装于尾水侧。
应细致分析调节保证计算，并提出优化的关闭速度，根据相应的设备参数建立机组最大转速上升率和最高压力上升率之间的优化关系。
为了减小“水锤”引起的过压，主阀应缓慢关闭，但这可能会引起机组过速。
当电站紧急关机需要关闭阀门时，可选用重锤式液控阀门，或高油压蓄能式阀门，在无外来能源时，能依靠阀门自身重锤的蓄能，或高油压蓄能自动关闭。
4.3.4压力钢管
宜使用标准直径和厚度的钢管做压力管道。
压力钢管应能承受1.5倍的最大总压力，该总压力包括机组飞逸水力关闭装置动作时产生水锤所引起的压力升高。
在某些情况下，宜将压力钢管掩埋起来以防受到岩崩、雪崩和冰冻的破坏。
当水轮机确定后，“水锤”的计算应由供方进行核实。
应注意“水锤”产生的过压对压力钢管设计的影响。
受压力钢管长度和机组功率的影响，通过延长水力关闭装置的关闭时间降低“水锤”产生的过压，往往会引起机组转速的上升。
在水力管道中某一部位设置调压井有助于减少压力上升和压力下降，同时应考虑是否需要安装真空破坏阀。
对于长度较长、流量较小的压力钢管，应考虑采用卸荷阀。
卸荷阀作为安全装置，应仔细进行检验和维护。
对于水头不高的电站，可以考虑采用其它材料制造压力管道（如预应力钢筋混凝土管）。
4.3.5水轮机（见GB/T21717、GB/T21718和GB/T15468）
本标准所列水轮机结构形式主要为冲击式和反击式，包括大多数水轮机系列（水斗式、斜击式、双击式、混流式、轴流式和贯流式）。
应尽量选择技术成熟的和国内外新开发的优秀转轮。
水轮机应具有良好的抗疲劳、抗空蚀、抗磨损及和电站水质条件相适应的耐腐蚀性能。
机组，特别是转轮和其它易磨损部件的材料及结构应易于修复和更换。
每种情况应结合运行条件（运行时间和停机时间）单独进行研究。
轴承和主轴宜使用耐腐蚀材料制成，轴瓦应优先采用自润滑的方式。
机组的布置型式（卧式、立式或倾斜式）对土建工作量和维修的难易程度有很大影响。
在电站设计阶段应该根据机组容量大小及电站布置条件合理选择机组的布置形式。
4.3.5.1冲击式水轮机（水斗式、斜击式、双击式）
应要求在机组甩负荷时，折向器的动作快速，喷针的动作缓慢，以减小压力上升。
喷嘴和喷针应具有良好的抗磨蚀性能且易于更换。
转轮的水斗由于受射流水的反复冲击，易产生严重的疲劳和严重磨损，应精心选择材料，合理进行机械设计，保持低应力，并易于修复。
有条件的可以选择整体铸造或者整体锻造的转轮。
4.3.5.2反击式水轮机（混流式、轴流式、贯流式）
为避免空蚀，水轮机安装高程通常选得较低，但土建费用将增加，应根据电站条件及设计要求选择合理的安装高程。
导水机构的轴承宜采用自润滑材料制造。
在活动导叶处应有相应的安全装置（剪断销或其他等效元件），以避免夹在导叶之间的物体影响其它导叶转动。
固定部件和活动部件采用的材料（尤其是转轮迷宫）应是抗腐蚀的。
应根据水轮机的尺寸和运行工况确定选用的材料，使其有利于迷宫、转轮和连接件的拆卸。
对于过机泥沙浓度较大的电站，在易产生磨损的部位，应采用抗磨损的材料或采取其它防护措施。
为了便于维修和更换，水轮机主轴密封部件及材料应进行认真研究和设计。
4.3.5.3导轴承和推力轴承
在轴系设计中应尽量减少轴承的数量，宜将水轮机轴承和发电机轴承作为一个系统来研究。
在选择滑动轴承、球轴承或滚柱轴承时，应注意其承受振动、涡流和飞逸的能力。
如果机组尺寸允许，可考虑采用自润滑轴承。
4.3.5.4联轴器、直联或用增速器联接
水轮机和发电机之间可以直接联接或通过增速器联接。
采用增速器便可使用标准尺寸的或具有较小尺寸的高速发电机。
齿轮或皮带传动是广泛采用的增速装置。
如果采用齿轮增速，则应考虑效率、飞逸工况、噪声、振动、预期的寿命及性能价格比等因素。
为便于大轴的对中找正，特别是在长轴卧轴机组中，可采用柔性联轴器。
此时，应着重检验其临界转速。
4.3.5.5监测和保护
原则上可规定两级保护：
报警和事故停机。
应考虑的要素有：
a）转速;
b）调速器系统油压;
c）导水机构剪断销剪断;
d）润滑油循环;
e）冷却水循环
f）轴承油位和温度;
g）调速器油位和油温;
h）增速器油位和油温;
i）拦污栅压差;
j）振动和摆度。
a）至c）项要求立即事故停机；d）至j）项，如果电站有人值守，可以先报警并进行人工处理。
但最终在没有进行人工处理的情况下，都会发生事故停机。
在有些情况下，宜采用制动刹车以减少停机的持续时间。
对于较大型机组在设计时可采用两个独立的过速保护装置，以防止机组持续飞逸。
根据需要，通常应在上游和下游提供必要的测压点（供试验和运行监视用，对于转桨式水轮机，可用于调整桨叶和导叶的协联关系）。
4.3.5.6调速系统（见GB/T9652.1）
自动型调速器应采用带PLC功能型的。
应规定机组是与电网并联运行，还是在孤立负荷系统运行。
通过一个长的输电线在一个单一的点上与电网连接的电站则介于二者之间。
a）与大电网并联运行
用于操作水轮机开度装置的调速器（或导水机构操作器），至少应通过开度反馈实现比例控制。
被控参数为：
1）流量;
2）水位（径流式电站）
3）功率。
b）在孤立负荷系统运行
用于操作水轮机开度装置的调速器，至少应通过开度和转速反馈实现比例和积分控制。
在分析整个水力系统时，应综合考虑调节质量和其成本（机组的惯性和转速，压力和转速变化）。
应明确给定供电电网的频率控制精度（波动界限和响应速度）及其对水力系统的影响（压力变化）。
如4.4条所述，供方所需的资料应在投标询价时予以说明。
对于上述两种运行模式，应研究在负载突变（压力上升、压力下降、过速等）时的特性，对水力系统（管道的厚度、材料种类）和机械系统（轴承、飞轮、密封间隙、增速器等）有很重要的影响。
调节系统应有足够的能量储备（压力罐容量）以确保断电状况下的事故停机，接力器有合理的布置方式。
调速器通常由油压系统操作，应选择合适的油压等级，宜采用压力等级较高的氮气储能油压装置。
对小功率机组，为简单起见，调速器也可采用油压储能或弹簧储能的操作器。
如果在一座电站中有几台机组，应研究机组间的负荷分配方案。
该方案可以是对操作人员的指导，也可以是对每台机组设定永态转差系数。
4.3.5.7水轮机辅助设备
a）冷却系统
为简单起见，应尽量采用自冷却轴承。
应检查计算时所做的假设是否与实际环境条件（水—空气）一致。
b）润滑系统
润滑油应符合润滑要求，应了解和注意最低和最高允许工作油温。
c）辅助设备用水的沉淀和过滤系统
应尽量采用净化水。
如水中含有悬浮固体颗粒，则应设有相应的沉淀和过滤装置，通常对水质情况不是很好的引水，应在引水管道的进口处安装滤水器来进行过滤。
为避免滤水器堵塞，宜采用带有自动除污功能的滤水器。
电站运行设备也可采用带热交换器的闭路冷却系统。
d）引排水系统
要有相应的引排水设备。
e）辅助管道
为了避免电化学腐蚀，金属管道都宜用同一种材料制成，采用镀锌钢管可以防止锈蚀。
脆性材料（例如灰铸铁）制成的阀门应谨慎使用，且只能用于低压端。
4.3.6发电机（见GB/T27989和GB/T7894）
交流发电机有两种基本类型:
同步发电机和异步（或感应）发电机。
选择使用哪种类型，取决于发电机并入电网的特性以及对发电机运行的要求。
关于发电机定子线圈的绝缘方式，目前机座号较小的发电机可考虑采用电机线圈VPI真空浸漆工艺，机座号大的发电机通常仍采用传统的全模压浸漆工艺。
同步发电机用于孤立负荷电网或机组对电网有较大影响的情况。
在某些特殊情况下，也可采用异步发电机。
在大电网内，两种类型的发电机都可使用。
在决定采用哪种类型发电机前，应重点考虑到以下几点:
—同步发电机可以调节电网电压和对电网提供无功功率。
因此它可以与任何类型的电网连接。
—异步发电机运行简单，仅需要用一台转速表便可以接入电网。
当发电机与电网连接时存在一个暂态电压降；一旦与电网连接，发电机将从电网吸收无功功率。
在功率因数需要改善时，应设置电容器组。
异步发电机的效率一般低于同步发电机。
应尽可能采用标
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