葡萄牙皮科特二级电站改造

[德国]N.马汀斯 等

葡萄牙皮科特二级电站改造

[德国]N.马汀斯 等

在过去几年中,对大型水电工程越来越多的投资推动着发电市场迅速发展。这一趋势导致总承包式机电工程的需求增多,从而迫使传统的水轮机和发电机制造商必须增强实力,以成为整座电站所需设备的供应商。葡萄牙的皮科特二级工程即是一项总承包工程的成功范例,况且这类合同中还蕴含着一些特殊的挑战。

水电站;水电站改建;水电站升级;皮科特二级电站;葡萄牙

在过去几年间,对大型水电站日益增加的投资使发电市场异常活跃。公用事业公司以不同的方式,从设计-采购-施工(EPC)合同到按常规分解为几个独立的合同参与工程的修建。方案的选择取决于各种因素,包括能源政策、政府是否拍卖水电站的经营权、过往经验以及对工程融资模式的理解等。如果工程由公用事业公司独力设计开发(老牌的发电公司往往这样),那么一般还是倾向于在一定范围内涉足具体的事项和选择设备供应商。

在其他一些市场,有种趋势是将工程承包合同的签订分为两大块:即土木工程和机电设备。

机电工程以交钥匙方式承包(即总承包)的趋势要求传统的水轮机和发电机制造商需进一步增强实力,以便成为整座电站机电设备的供应商。本文主要展示了如何在电站设计和电站优化布局中,用适当的专业技术来解决交钥匙工程中所面临的挑战。

1 工程概述

在过去几年中,福伊特水电公司增强了作为全套设备供应商的实际能力,能够为水电站提供全套的机电设备,如葡萄牙EDP公司的皮科特二级电站工程。

皮科特二级电站工程包括升级改造已建的水电站。该电站位于国际河流杜罗(Douro)河上,它是目前EDP在葡萄牙开发的几座新电站中的其中一座。

新的地下电站将装备1台发电机组:装机容量为248 MW/273 MVA的混流式水轮机,其运行时的过流量为400 m3/s,净水头为66.6 m。目前正在安装主要机械设备,电站计划于2011年10月投入商业运行。

新电站需要建造全新的水力系统,新修建的长300 m、直径为10.7 m的进水隧洞将水引到蜗壳;尾水隧洞长150 m,直径为11.3 m;叠梁位于隧洞的中间段。

发出的电以18 kV的电压通过离相封闭母线输送到机组变压器,变压器安装在邻近主洞室的室内;然后由220 kV的绝缘电缆输送电力,该电缆穿过长55 m的隧洞和深180 m的竖井,然后在竖井的顶部,由架空线路将其与国家电力传输公司(REN)电网相连。

工程的两个主要部分是水力系统和电站本身。

2 水力系统

水力系统包含由平台和倾斜孔口形成的引水口。引水口分为2个宽11.3 m、高20 m的孔口,每个孔口均由固定的拦污栅保护,叠梁和2扇宽4.2 m、高10.6 m的安全闸门就布置在拦污栅的后面。

引水隧洞的起始段为倾斜扩展型,直径为10.7 m,长106 m;接着是近乎水平的洞段,水平洞段长142.1 m,直径为10.7 m,由一段长40 m的钢管与电站相连。该钢管在蜗壳连接处的直径从10.7 m逐渐缩减为7.4 m。

从水轮机尾水管延伸出去的尾水隧洞的直径为11.3 m,与尾水泄流相连。尾水渠被一个混凝土的中墩分成两半,中墩设计有槽,以便为 2扇宽4.3 m、高11.41 m的叠梁提供门槽。

引水闸门由安装在外部平台上的液压系统借助于接力器进行操作。液压系统、现地控制系统和电气开关柜均布置在该平台侧边的小室里。

为方便操作叠梁,可将叠梁布置于2处截面中的任意一处。还将安装一台吊车,该吊车也可作为拦污栅的清污机械。

尾水隧洞的叠梁也由液压系统进行操作,接力器安装在叠梁室内。行走吊车也将安装在这个室内,以便实施装配和维护。

3 电 站

电站修建在长68 m、宽23 m的地下洞室内,其发电机组区域的宽度为58 m,安装区宽26 m。

为了安装机械和电气设备,将洞室设计为4个主要层面,即:

(1)水轮机层,布置在高程382.8 m处;

(2)发电机层,布置在高程387.3 m处;

(3)主要层,布置在高程392.3 m处;

(4)电气辅助设备安装层,布置在高程397.5 m处。

安装了一台桥式起重机以装卸设备部件并将其运到主洞室。起重机的容量为600 t,跨度23 m。桥式起重机可沿洞室的整个长度方向移动,通过各层上的开孔,可将设备装载并运送到电站的各个层面。

主洞室内安装有248 MW的混流式水轮机和额定功率为273 MVA、18 kV的发电机,其功率因素为0.9。电站的辅助系统,包括水轮机的调速器、励磁系统、轴承、液压装置、冷却水系统和机组监测系统分别布置在不同的层面上。

连接发电机到机组变压器的18 kV的电压装置,包括9 500 A/72 kA的离相封闭母线、发电机断路器、为电站辅助设备供电的2台变压器和1台开关柜。

电站将采用DCS控制系统进行控制,这样可实现电站全自动运行。EDP远程控制中心可对位于雷格瓜(Regua)的水电站进行远方控制,葡萄牙国家电网REN调度中心可进行远程调度。

278 MVA-18/220 kV的分相变压器布置在一个单独的洞室内,离主洞室安装侧的顶部约20 m。封闭母线从发电机接出,经过同一层各自的母线廊道,连接到变压器的端子上。

作为与REN电网的互联点,装备有断路器和变压器保护设备的220kV GIS开关柜,也将被安装在变压器洞室内。

1条220 kV的绝缘电缆将安装在地下220 kV的开关柜和电站外220 kV的架空线路之间。这些单相电缆需要先穿过隧洞,然后向上穿过高度大约为180 m的竖井,在竖井的顶部与架空线路相连。

在外部温度适中的条件下,电站的日常通风是以自然通风为主,一旦自然进气不足,抽气机将进行机械帮助。新鲜空气通过交通隧洞输入,浊气则通过通风井和电缆井排出。

为了确保电站能够安全运行,在整个电站的最佳地点,将安装电站系统及其设备的广域保护装置。计划中的电站系统的电气保护对象包括:30 kV装置、低压柜、1台事故紧急柴油发电机、整流器、转换开关、电池系统、照明和插座、通讯系统、电气保护、仪表检测和视频监视系统。

附加的电站系统的机械保护对象包括:通用消防保护系统、机组变压器微滴消防保护和电站排水系统。

包括全部机电设备的供应在内,该工程面临着以下一些挑战:

(1)整个电站系统和设备的设计;

(2)根据布局和功能,对电站实施一体化;

(3)接口的一体化;

(4)确保电站布置能便于维修。

有些设备是在电站系统的基础上进行设计的,比如:水力钢结构、钢管、排水系统和吊车等。这些设备与其他系统或设备会有多个接口。

福伊特水电公司开发了专门用于水电站计算和设计的工具,以此可对电站进行高效而精确的设计。

对电站内的其他设备和系统采用了不同的设计方法。根据合同条款的要求,首次对电站的各个系统进行单独设计,然后根据总体布局、与土木工程结构的接口定义和功能一体化的要求,对整座电站的各独立设计方案进行集成。

整个过程需要完成以下几个步骤:优化电站布局,检查设备的接口并设计各系统的路线,如通风管道、冷却水管路、油路和消防水管道。为使整座电站的各独立设计最终能够完美集成,福伊特水电公司使用了一种特殊工具,其中包含了所有的设备和系统。只有在系统设计完成后,内部或电站设备的分供应商才能开始进行部件的设计。

细部设计方案由福伊特水电公司电站电气或机械保护设计组进行修改,电站设计者予以配合。然后将修改后的结果集成在3D模型内,用于获取电站布局的细部优化。

4 结 论

福伊特水电公司为许多小型和大型水电工程提供了交钥匙(总承包)方案,其中包括葡萄牙的皮科特二级电站改造工程。这就充分说明,拥有一支具有丰富经验的机械和电气工程师队伍,有助于建立可靠的合作关系,能够按时且在成本预算内优化交钥匙(总承包)水电工程;同时,这种方法也非常适宜于未来像皮科特二级电站改造这样的水电工程建设。

刘泽文 译自英刊《水电与大坝》2010年第5期

黄守宣 校

TV739

A

1006-0081(2011)10-0023-03

2011-08-06