可逆式抽水蓄能機(jī)組與廠房
Reversible Unit and Underground Hydropower House

本節(jié)介紹可逆式(兩機(jī)式)抽水蓄能電站,二機(jī)可逆式水泵水輪機(jī)機(jī)組與抽水蓄能電站地下廠房。

進(jìn)水閥

與水力發(fā)電站不同,抽水蓄能電站的水泵水輪機(jī)頻繁的在水輪工作狀態(tài)與水泵工作狀態(tài)間轉(zhuǎn)換,這些運(yùn)行間的切換、啟動(dòng)都要要關(guān)閉進(jìn)水;在參與電網(wǎng)的調(diào)相運(yùn)行時(shí)也必須關(guān)閉進(jìn)水。所以水泵水輪機(jī)必須有一個(gè)靈活可靠的閥門來控制進(jìn)水,進(jìn)水閥是水泵水輪機(jī)配套的重要設(shè)備。

水泵水輪機(jī)的進(jìn)水閥形式主要是球閥,球閥中的活門,也就是開通或關(guān)斷的水流的門。活門為球形,在中部有通孔,在活門兩側(cè)有軸。圖1是活門的立體圖,從兩個(gè)方向顯示活門的結(jié)構(gòu)。

球閥的活門

圖1--球閥的活門

活門安裝在閥體內(nèi),閥體由兩半組成,每半為半球形,底部有通孔連接管道,前端孔連接上游進(jìn)水管,后端閥體通過伸縮節(jié)連接水輪機(jī)蝸殼進(jìn)水管。兩半閥體連接成球狀。內(nèi)球空間安裝活門,活門可在閥體內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。見圖2

球閥的組成
圖2--球閥的組成

圖3組裝后的球閥。活門軸端安裝轉(zhuǎn)臂,活門的轉(zhuǎn)動(dòng)由接力器驅(qū)動(dòng),接力器就是液壓缸,缸內(nèi)活塞驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臂推拉桿,推拉桿對(duì)轉(zhuǎn)臂的推拉帶動(dòng)活門轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)水球閥外觀圖

圖3--進(jìn)水球閥外觀圖
圖4球閥關(guān)閉與開通示意圖,左圖是關(guān)閉狀態(tài),活門的球面對(duì)準(zhǔn)進(jìn)水孔,水被阻擋。將活門轉(zhuǎn)動(dòng)90度就是開通狀態(tài),水可流通,見右圖。活門上的密封環(huán)在關(guān)閉或開通時(shí)都要和閥體入口與出口吻合,防止漏水。

球閥活門開關(guān)狀態(tài)示意圖

圖4--球閥活門開關(guān)狀態(tài)示意圖
圖5是球閥開關(guān)狀態(tài)的立體剖視圖。由接力器推動(dòng)活門轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)球閥的開關(guān)。左圖是球閥關(guān)閉狀態(tài),右圖是球閥開通狀態(tài)。
球閥開關(guān)狀態(tài)立體剖視圖
圖5--球閥開關(guān)狀態(tài)立體剖視圖
二機(jī)可逆式水泵水輪機(jī)機(jī)組

目前單級(jí)混流式水泵水輪機(jī)的工作水頭最高可達(dá)800m,由于抽水蓄能電站的工作水頭大多為500m左右或高一些,故水大多數(shù)抽水蓄能電站都是使用混流式水泵水輪機(jī)。

由一臺(tái)水泵水輪機(jī)與一臺(tái)發(fā)電電動(dòng)機(jī)組成的機(jī)組稱為二機(jī)可逆式水泵水輪機(jī)機(jī)組,發(fā)電電動(dòng)機(jī)在上方,水泵水輪機(jī)在下方,二機(jī)的軸通過聯(lián)軸器(二機(jī)的軸法蘭)連接,見圖6

二機(jī)可逆式水泵水輪機(jī)機(jī)組

圖6--二機(jī)可逆式水泵水輪機(jī)機(jī)組

圖7是安裝在廠房中的二機(jī)可逆式水泵水輪機(jī)機(jī)組,發(fā)電電動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)坑內(nèi),機(jī)座固定在電機(jī)定子基礎(chǔ)平臺(tái)上,下機(jī)架固定在電機(jī)下機(jī)架基礎(chǔ)上,在上機(jī)架上面是發(fā)電機(jī)層,鋪有樓板,電刷間在樓板上。在樓板有吊裝孔,用來吊裝進(jìn)水閥、水輪機(jī)維修部件等。

水泵水輪機(jī)的蝸殼尾水管都是埋藏在混泥土基礎(chǔ)中,在頂蓋周圍與上部有一空間,是導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)行與維護(hù)空間,可通過廊道進(jìn)入。

發(fā)電電動(dòng)機(jī)的軸與水泵水輪機(jī)的軸通過軸上的法蘭連接成一根軸,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的重量,以及高壓水流對(duì)轉(zhuǎn)輪的沖擊力均由發(fā)電機(jī)下機(jī)架上的推力軸承承擔(dān),所以電機(jī)下機(jī)架基礎(chǔ)要有很高的強(qiáng)度。

進(jìn)水球閥與蝸殼進(jìn)水管連接,另一端連接上游水管。

安裝在機(jī)房的可逆水泵水輪機(jī)發(fā)電機(jī)機(jī)組

圖7--安裝在機(jī)房的可逆水泵水輪機(jī)發(fā)電機(jī)機(jī)組

抽水蓄能電站地下廠房

抽水蓄能機(jī)組到下庫的出水管也是進(jìn)水管,在向上庫泵水時(shí),為了防止空化,水泵水輪機(jī)機(jī)組要安裝在下水庫水面以下的地方。抽水蓄能機(jī)組的淹沒深度大于普通水輪機(jī)組,一般為50m至60m,例如廣州抽水蓄能的淹沒深度為70m,所以抽水蓄能電站多采用地下廠房。

由于機(jī)組遠(yuǎn)低于下水庫水面,合適的出水口往往會(huì)高于機(jī)組尾水管,故常有尾水管向上傾斜的布置,圖8是抽水蓄能電站地下廠房示意圖。

機(jī)組到上庫的壓力管道要承受巨大的水壓,管道建造成本高,在條件許可時(shí)采用中部式布置,把地下廠房建在上水庫與下水庫中間,可減小到上水庫壓力管道的長(zhǎng)度,可節(jié)省投資。

抽水蓄能電站地下廠房
圖8--抽水蓄能電站地下廠房

主廠房一般并列幾臺(tái)抽水蓄能機(jī)組,圖中表示僅有一臺(tái)機(jī)組的廠房橫剖面布置狀況,安裝有二機(jī)可逆式水泵水輪機(jī)機(jī)組,包括水泵水輪機(jī)發(fā)電電動(dòng)機(jī)球閥等主要設(shè)備,整個(gè)電站廠房挖掘后用鋼筋混凝土澆筑成。進(jìn)水主閥采用球閥,球閥可用于高水壓工作環(huán)境,在水頭小于250m的抽水蓄能電站也有采用蝶閥做進(jìn)水閥。

除了水輪機(jī)工況時(shí)需要的調(diào)速系統(tǒng)外,大型發(fā)電電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)系統(tǒng)是抽水蓄能電站不可少的,目前變頻啟動(dòng)方式在大型機(jī)組得到廣泛應(yīng)用,不但能平穩(wěn)的啟動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn),還可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,使水泵根據(jù)需要運(yùn)行在最佳狀態(tài)。

廠房的壓縮空氣系統(tǒng)由空氣壓縮裝置、管道系統(tǒng)和測(cè)量控制三部分組成,壓縮空氣主要用于液壓系統(tǒng)油罐充氣與轉(zhuǎn)輪室壓水用氣。轉(zhuǎn)輪室壓水使轉(zhuǎn)輪露出水面,減小電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的阻力。廠房的液壓系統(tǒng)提供球閥、接力器等驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的動(dòng)力。

廠房還要安裝潤(rùn)滑油路系統(tǒng)、輔助供排水系統(tǒng)廠房供電力設(shè)備等,在圖中下方的混凝土空格中安裝這些設(shè)備。

電廠的主變壓器開關(guān)站安裝在主廠房旁的洞室內(nèi),電廠的控制室也設(shè)在主廠房旁的洞室內(nèi),這些就沒在圖中表示。

圖8是抽水蓄能電站地下廠房剖面圖,整個(gè)廠房由鋼筋混凝土建造,廠房外都是山體。

 
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