可逆式抽水蓄能机组与厂房
Reversible Unit and Underground Hydropower House

本节介绍可逆式(两机式)抽水蓄能电站,二机可逆式水泵水轮机机组与抽水蓄能电站地下厂房。

进水阀

与水力发电站不同,抽水蓄能电站的水泵水轮机频繁的在水轮工作状态与水泵工作状态间转换,这些运行间的切换、启动都要要关闭进水;在参与电网的调相运行时也必须关闭进水。所以水泵水轮机必须有一个灵活可靠的阀门来控制进水,进水阀是水泵水轮机配套的重要设备。

水泵水轮机的进水阀形式主要是球阀,球阀中的活门,也就是开通或关断的水流的门。活门为球形,在中部有通孔,在活门两侧有轴。图1是活门的立体图,从两个方向显示活门的结构。

球阀的活门

图1--球阀的活门

活门安装在阀体内,阀体由两半组成,每半为半球形,底部有通孔连接管道,前端孔连接上游进水管,后端阀体通过伸缩节连接水轮机蜗壳进水管。两半阀体连接成球状。内球空间安装活门,活门可在阀体内自由转动。见图2

球阀的组成
图2--球阀的组成

图3组装后的球阀。活门轴端安装转臂,活门的转动由接力器驱动,接力器就是液压缸,缸内活塞驱动转臂推拉杆,推拉杆对转臂的推拉带动活门转动。

进水球阀外观图

图3--进水球阀外观图
图4球阀关闭与开通示意图,左图是关闭状态,活门的球面对准进水孔,水被阻挡。将活门转动90度就是开通状态,水可流通,见右图。活门上的密封环在关闭或开通时都要和阀体入口与出口吻合,防止漏水。

球阀活门开关状态示意图

图4--球阀活门开关状态示意图
图5是球阀开关状态的立体剖视图。由接力器推动活门转动,实现球阀的开关。左图是球阀关闭状态,右图是球阀开通状态。
球阀开关状态立体剖视图
图5--球阀开关状态立体剖视图
二机可逆式水泵水轮机机组

目前单级混流式水泵水轮机的工作水头最高可达800m,由于抽水蓄能电站的工作水头大多为500m左右或高一些,故水大多数抽水蓄能电站都是使用混流式水泵水轮机。

由一台水泵水轮机与一台发电电动机组成的机组称为二机可逆式水泵水轮机机组,发电电动机在上方,水泵水轮机在下方,二机的轴通过联轴器(二机的轴法兰)连接,见图6

二机可逆式水泵水轮机机组

图6--二机可逆式水泵水轮机机组

图7是安装在厂房中的二机可逆式水泵水轮机机组,发电电动机安装在机坑内,机座固定在电机定子基础平台上,下机架固定在电机下机架基础上,在上机架上面是发电机层,铺有楼板,电刷间在楼板上。在楼板有吊装孔,用来吊装进水阀、水轮机维修部件等。

水泵水轮机的蜗壳尾水管都是埋藏在混泥土基础中,在顶盖周围与上部有一空间,是导水机构运行与维护空间,可通过廊道进入。

发电电动机的轴与水泵水轮机的轴通过轴上的法兰连接成一根轴,发电机转子水轮机转轮的重量,以及高压水流对转轮的冲击力均由发电机下机架上的推力轴承承担,所以电机下机架基础要有很高的强度。

进水球阀与蜗壳进水管连接,另一端连接上游水管。

安装在机房的可逆水泵水轮机发电机机组

图7--安装在机房的可逆水泵水轮机发电机机组

抽水蓄能电站地下厂房

抽水蓄能机组到下库的出水管也是进水管,在向上库泵水时,为了防止空化,水泵水轮机机组要安装在下水库水面以下的地方。抽水蓄能机组的淹没深度大于普通水轮机组,一般为50m至60m,例如广州抽水蓄能的淹没深度为70m,所以抽水蓄能电站多采用地下厂房。

由于机组远低于下水库水面,合适的出水口往往会高于机组尾水管,故常有尾水管向上倾斜的布置,图8是抽水蓄能电站地下厂房示意图。

机组到上库的压力管道要承受巨大的水压,管道建造成本高,在条件许可时采用中部式布置,把地下厂房建在上水库与下水库中间,可减小到上水库压力管道的长度,可节省投资。

抽水蓄能电站地下厂房
图8--抽水蓄能电站地下厂房

主厂房一般并列几台抽水蓄能机组,图中表示仅有一台机组的厂房横剖面布置状况,安装有二机可逆式水泵水轮机机组,包括水泵水轮机发电电动机球阀等主要设备,整个电站厂房挖掘后用钢筋混凝土浇筑成。进水主阀采用球阀,球阀可用于高水压工作环境,在水头小于250m的抽水蓄能电站也有采用蝶阀做进水阀。

除了水轮机工况时需要的调速系统外,大型发电电动机的启动系统是抽水蓄能电站不可少的,目前变频启动方式在大型机组得到广泛应用,不但能平稳的启动电机旋转,还可调节转速,使水泵根据需要运行在最佳状态。

厂房的压缩空气系统由空气压缩装置、管道系统和测量控制三部分组成,压缩空气主要用于液压系统油罐充气与转轮室压水用气。转轮室压水使转轮露出水面,减小电机启动时的阻力。厂房的液压系统提供球阀、接力器等驱动机构所需的动力。

厂房还要安装润滑油路系统、辅助供排水系统厂房供电力设备等,在图中下方的混凝土空格中安装这些设备。

电厂的主变压器开关站安装在主厂房旁的洞室内,电厂的控制室也设在主厂房旁的洞室内,这些就没在图中表示。

图8是抽水蓄能电站地下厂房剖面图,整个厂房由钢筋混凝土建造,厂房外都是山体。

 
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