葡萄牙皮科特二級(jí)電站改造

[德國(guó)]N.馬汀斯 等

葡萄牙皮科特二級(jí)電站改造

[德國(guó)]N.馬汀斯 等

在過去幾年中,對(duì)大型水電工程越來越多的投資推動(dòng)著發(fā)電市場(chǎng)迅速發(fā)展。這一趨勢(shì)導(dǎo)致總承包式機(jī)電工程的需求增多,從而迫使傳統(tǒng)的水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)制造商必須增強(qiáng)實(shí)力,以成為整座電站所需設(shè)備的供應(yīng)商。葡萄牙的皮科特二級(jí)工程即是一項(xiàng)總承包工程的成功范例,況且這類合同中還蘊(yùn)含著一些特殊的挑戰(zhàn)。

水電站;水電站改建;水電站升級(jí);皮科特二級(jí)電站;葡萄牙

在過去幾年間,對(duì)大型水電站日益增加的投資使發(fā)電市場(chǎng)異常活躍。公用事業(yè)公司以不同的方式,從設(shè)計(jì)-采購(gòu)-施工(EPC)合同到按常規(guī)分解為幾個(gè)獨(dú)立的合同參與工程的修建。方案的選擇取決于各種因素,包括能源政策、政府是否拍賣水電站的經(jīng)營(yíng)權(quán)、過往經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)工程融資模式的理解等。如果工程由公用事業(yè)公司獨(dú)力設(shè)計(jì)開發(fā)(老牌的發(fā)電公司往往這樣),那么一般還是傾向于在一定范圍內(nèi)涉足具體的事項(xiàng)和選擇設(shè)備供應(yīng)商。

在其他一些市場(chǎng),有種趨勢(shì)是將工程承包合同的簽訂分為兩大塊:即土木工程和機(jī)電設(shè)備。

機(jī)電工程以交鑰匙方式承包(即總承包)的趨勢(shì)要求傳統(tǒng)的水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)制造商需進(jìn)一步增強(qiáng)實(shí)力,以便成為整座電站機(jī)電設(shè)備的供應(yīng)商。本文主要展示了如何在電站設(shè)計(jì)和電站優(yōu)化布局中,用適當(dāng)?shù)膶I(yè)技術(shù)來解決交鑰匙工程中所面臨的挑戰(zhàn)。

1 工程概述

在過去幾年中,福伊特水電公司增強(qiáng)了作為全套設(shè)備供應(yīng)商的實(shí)際能力,能夠?yàn)樗娬咎峁┤椎臋C(jī)電設(shè)備,如葡萄牙EDP公司的皮科特二級(jí)電站工程。

皮科特二級(jí)電站工程包括升級(jí)改造已建的水電站。該電站位于國(guó)際河流杜羅(Douro)河上,它是目前EDP在葡萄牙開發(fā)的幾座新電站中的其中一座。

新的地下電站將裝備1臺(tái)發(fā)電機(jī)組:裝機(jī)容量為248 MW/273 MVA的混流式水輪機(jī),其運(yùn)行時(shí)的過流量為400 m3/s,凈水頭為66.6 m。目前正在安裝主要機(jī)械設(shè)備,電站計(jì)劃于2011年10月投入商業(yè)運(yùn)行。

新電站需要建造全新的水力系統(tǒng),新修建的長(zhǎng)300 m、直徑為10.7 m的進(jìn)水隧洞將水引到蝸殼;尾水隧洞長(zhǎng)150 m,直徑為11.3 m;疊梁位于隧洞的中間段。

發(fā)出的電以18 kV的電壓通過離相封閉母線輸送到機(jī)組變壓器,變壓器安裝在鄰近主洞室的室內(nèi);然后由220 kV的絕緣電纜輸送電力,該電纜穿過長(zhǎng)55 m的隧洞和深180 m的豎井,然后在豎井的頂部,由架空線路將其與國(guó)家電力傳輸公司(REN)電網(wǎng)相連。

工程的兩個(gè)主要部分是水力系統(tǒng)和電站本身。

2 水力系統(tǒng)

水力系統(tǒng)包含由平臺(tái)和傾斜孔口形成的引水口。引水口分為2個(gè)寬11.3 m、高20 m的孔口,每個(gè)孔口均由固定的攔污柵保護(hù),疊梁和2扇寬4.2 m、高10.6 m的安全閘門就布置在攔污柵的后面。

引水隧洞的起始段為傾斜擴(kuò)展型,直徑為10.7 m,長(zhǎng)106 m;接著是近乎水平的洞段,水平洞段長(zhǎng)142.1 m,直徑為10.7 m,由一段長(zhǎng)40 m的鋼管與電站相連。該鋼管在蝸殼連接處的直徑從10.7 m逐漸縮減為7.4 m。

從水輪機(jī)尾水管延伸出去的尾水隧洞的直徑為11.3 m,與尾水泄流相連。尾水渠被一個(gè)混凝土的中墩分成兩半,中墩設(shè)計(jì)有槽,以便為 2扇寬4.3 m、高11.41 m的疊梁提供門槽。

引水閘門由安裝在外部平臺(tái)上的液壓系統(tǒng)借助于接力器進(jìn)行操作。液壓系統(tǒng)、現(xiàn)地控制系統(tǒng)和電氣開關(guān)柜均布置在該平臺(tái)側(cè)邊的小室里。

為方便操作疊梁,可將疊梁布置于2處截面中的任意一處。還將安裝一臺(tái)吊車,該吊車也可作為攔污柵的清污機(jī)械。

尾水隧洞的疊梁也由液壓系統(tǒng)進(jìn)行操作,接力器安裝在疊梁室內(nèi)。行走吊車也將安裝在這個(gè)室內(nèi),以便實(shí)施裝配和維護(hù)。

3 電 站

電站修建在長(zhǎng)68 m、寬23 m的地下洞室內(nèi),其發(fā)電機(jī)組區(qū)域的寬度為58 m,安裝區(qū)寬26 m。

為了安裝機(jī)械和電氣設(shè)備,將洞室設(shè)計(jì)為4個(gè)主要層面,即:

(1)水輪機(jī)層,布置在高程382.8 m處;

(2)發(fā)電機(jī)層,布置在高程387.3 m處;

(3)主要層,布置在高程392.3 m處;

(4)電氣輔助設(shè)備安裝層,布置在高程397.5 m處。

安裝了一臺(tái)橋式起重機(jī)以裝卸設(shè)備部件并將其運(yùn)到主洞室。起重機(jī)的容量為600 t,跨度23 m。橋式起重機(jī)可沿洞室的整個(gè)長(zhǎng)度方向移動(dòng),通過各層上的開孔,可將設(shè)備裝載并運(yùn)送到電站的各個(gè)層面。

主洞室內(nèi)安裝有248 MW的混流式水輪機(jī)和額定功率為273 MVA、18 kV的發(fā)電機(jī),其功率因素為0.9。電站的輔助系統(tǒng),包括水輪機(jī)的調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)、軸承、液壓裝置、冷卻水系統(tǒng)和機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分別布置在不同的層面上。

連接發(fā)電機(jī)到機(jī)組變壓器的18 kV的電壓裝置,包括9 500 A/72 kA的離相封閉母線、發(fā)電機(jī)斷路器、為電站輔助設(shè)備供電的2臺(tái)變壓器和1臺(tái)開關(guān)柜。

電站將采用DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行控制,這樣可實(shí)現(xiàn)電站全自動(dòng)運(yùn)行。EDP遠(yuǎn)程控制中心可對(duì)位于雷格瓜(Regua)的水電站進(jìn)行遠(yuǎn)方控制,葡萄牙國(guó)家電網(wǎng)REN調(diào)度中心可進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度。

278 MVA-18/220 kV的分相變壓器布置在一個(gè)單獨(dú)的洞室內(nèi),離主洞室安裝側(cè)的頂部約20 m。封閉母線從發(fā)電機(jī)接出,經(jīng)過同一層各自的母線廊道,連接到變壓器的端子上。

作為與REN電網(wǎng)的互聯(lián)點(diǎn),裝備有斷路器和變壓器保護(hù)設(shè)備的220kV GIS開關(guān)柜,也將被安裝在變壓器洞室內(nèi)。

1條220 kV的絕緣電纜將安裝在地下220 kV的開關(guān)柜和電站外220 kV的架空線路之間。這些單相電纜需要先穿過隧洞,然后向上穿過高度大約為180 m的豎井,在豎井的頂部與架空線路相連。

在外部溫度適中的條件下,電站的日常通風(fēng)是以自然通風(fēng)為主,一旦自然進(jìn)氣不足,抽氣機(jī)將進(jìn)行機(jī)械幫助。新鮮空氣通過交通隧洞輸入,濁氣則通過通風(fēng)井和電纜井排出。

為了確保電站能夠安全運(yùn)行,在整個(gè)電站的最佳地點(diǎn),將安裝電站系統(tǒng)及其設(shè)備的廣域保護(hù)裝置。計(jì)劃中的電站系統(tǒng)的電氣保護(hù)對(duì)象包括:30 kV裝置、低壓柜、1臺(tái)事故緊急柴油發(fā)電機(jī)、整流器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、電池系統(tǒng)、照明和插座、通訊系統(tǒng)、電氣保護(hù)、儀表檢測(cè)和視頻監(jiān)視系統(tǒng)。

附加的電站系統(tǒng)的機(jī)械保護(hù)對(duì)象包括:通用消防保護(hù)系統(tǒng)、機(jī)組變壓器微滴消防保護(hù)和電站排水系統(tǒng)。

包括全部機(jī)電設(shè)備的供應(yīng)在內(nèi),該工程面臨著以下一些挑戰(zhàn):

(1)整個(gè)電站系統(tǒng)和設(shè)備的設(shè)計(jì);

(2)根據(jù)布局和功能,對(duì)電站實(shí)施一體化;

(3)接口的一體化;

(4)確保電站布置能便于維修。

有些設(shè)備是在電站系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的,比如:水力鋼結(jié)構(gòu)、鋼管、排水系統(tǒng)和吊車等。這些設(shè)備與其他系統(tǒng)或設(shè)備會(huì)有多個(gè)接口。

福伊特水電公司開發(fā)了專門用于水電站計(jì)算和設(shè)計(jì)的工具,以此可對(duì)電站進(jìn)行高效而精確的設(shè)計(jì)。

對(duì)電站內(nèi)的其他設(shè)備和系統(tǒng)采用了不同的設(shè)計(jì)方法。根據(jù)合同條款的要求,首次對(duì)電站的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì),然后根據(jù)總體布局、與土木工程結(jié)構(gòu)的接口定義和功能一體化的要求,對(duì)整座電站的各獨(dú)立設(shè)計(jì)方案進(jìn)行集成。

整個(gè)過程需要完成以下幾個(gè)步驟:優(yōu)化電站布局,檢查設(shè)備的接口并設(shè)計(jì)各系統(tǒng)的路線,如通風(fēng)管道、冷卻水管路、油路和消防水管道。為使整座電站的各獨(dú)立設(shè)計(jì)最終能夠完美集成,福伊特水電公司使用了一種特殊工具,其中包含了所有的設(shè)備和系統(tǒng)。只有在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后,內(nèi)部或電站設(shè)備的分供應(yīng)商才能開始進(jìn)行部件的設(shè)計(jì)。

細(xì)部設(shè)計(jì)方案由福伊特水電公司電站電氣或機(jī)械保護(hù)設(shè)計(jì)組進(jìn)行修改,電站設(shè)計(jì)者予以配合。然后將修改后的結(jié)果集成在3D模型內(nèi),用于獲取電站布局的細(xì)部?jī)?yōu)化。

4 結(jié) 論

福伊特水電公司為許多小型和大型水電工程提供了交鑰匙(總承包)方案,其中包括葡萄牙的皮科特二級(jí)電站改造工程。這就充分說明,擁有一支具有豐富經(jīng)驗(yàn)的機(jī)械和電氣工程師隊(duì)伍,有助于建立可靠的合作關(guān)系,能夠按時(shí)且在成本預(yù)算內(nèi)優(yōu)化交鑰匙(總承包)水電工程;同時(shí),這種方法也非常適宜于未來像皮科特二級(jí)電站改造這樣的水電工程建設(shè)。

劉澤文 譯自英刊《水電與大壩》2010年第5期

黃守宣 校

TV739

A

1006-0081(2011)10-0023-03

2011-08-06