老挝南欧江六级水电站水力机械设计

邹茂娟，胡卫娟，马伟栋

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明650051)



老挝南欧江六级水电站水力机械设计

邹茂娟，胡卫娟，马伟栋

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明650051)

老挝南欧江六级水电站采用了立轴混流式水轮发电机组，发电机为立轴悬式结构；水轮机进水阀选用卧轴液动单密封蝶阀；调速系统采用机械液压柜与油压装置组合为一整体的结构形式。南欧江六级水电站机组各项性能指标选择设计均满足要求，电站目前已经建成发电，机组设备选型设计合理，厂房布置紧凑，设备安装、检修、运行维护方便，做到了因地制宜。

水轮发电机组；辅助设备；厂房布置；南欧江六级水电站

1　电站概况

南欧江六级水电站位于老挝人民民主共和国丰沙里省境内，为南欧江七级开发方案的第六级(自下而上)，坝址位于南欧江右岸支流南艾河(Nam Ngay)河口下游约1 km～南龙河(Nam Long)河口间长约3 km的河段内，距下游的哈洒(HatXa)渡口约3.7 km，距中国昆明的公路里程为1 044.6 km。电站为堤坝式开发，以发电为主，最大坝高88 m，水库正常蓄水位510 m，调节库容2.46×108m3，装机容量180 MW。

南欧江六级工程枢纽布置主要由复合土工膜堆石坝、溢洪道、左岸放空兼导流洞、引水发电系统组成。溢洪道布置在右岸，引水发电系统、泄洪放空兼导流洞布置在左岸。机组为一管三机布置方式。

目前，南欧江六级水电站已全部建成，1、2号机分别于2015年12月、2016年3月投入商业运行，经历了各种试验、常规发电等全部运行工况的考验，运行情况良好，3号机将于2016年4月投产发电。

2　水轮发电机组

2.1机组技术参数及运行特点

南欧江六级水电站装设3台混流式水轮发电机组，其中机组由重庆水轮机厂有限责任公司设计、制造、供货。机组主要参数为：单机容量60 MW；额定水头60 m；最大水头71.5 m；额定转速150 r/min；吸出高度- 3.131 m；水轮机型号HLJF3011- LJ- 375；发电机型号SF60- 40/9200；功率因素0.85(滞后)；额定电压11 kV。

2.2水轮机主要结构特点

南欧江六级水电站水轮机为立轴混流式，由转动部分、埋入部分、导水机构、水导轴承及主轴密封等组成。

2.2.1转动部分

转轮为焊接结构，上冠、下环采用抗空蚀、抗腐蚀和具有良好焊接性能的ZG00Cr13Ni5Mo不锈钢材料制成，并采用VOD精炼铸造工艺。转轮名义直径φ3 750 mm，最大外径φ4 030 mm，高度2 345 mm，质量为36 t。主轴采用中空结构，外法兰型式。主轴与转轮采用螺栓联接，与发电机轴采用销钉螺栓传递扭矩。

2.2.2埋入部分

座环为无蝶形边的平行板式焊接型式，具有足够的强度和刚度。座环上、下环板采用优质的抗撕裂钢板Q345C。蜗壳采用可焊性好、高性能的Q345C钢板制成，包角345°，分节卷制出厂，在工地组焊，焊接好后在现场不进行水压试验，在不考虑混凝土联合受力或任何支撑的条件下，保证能承受在最大水头下产生的最大水压(包括水锤压力)为110 m水柱所产生的应力。尾水管为弯肘形。尾水管的锥管和肘管(壁厚10 mm)均为Q235钢板里衬，为防止运输变形，采取可靠的加固、支撑等措施。尾水管进口段700 mm长采用不锈钢里衬。

2.2.3导水机构

导水机构由活动导叶、控制环、锁锭、接力器、顶盖、底环等组成。活动导叶采用ZG06Cr13Ni5Mo不锈钢材料，导叶分布圆直径4 500 mm。导叶具有3个支承轴承，轴套采用自润滑复合材料。导叶密封型式(轴径)为机械接触密封。接力器为直缸液压活塞式，额定操作油压为6.3 MPa，操作用油采用ISO VG46汽轮机油。顶盖采用钢板焊接结构，材料为Q345，最大外圆φ5 160 mm，高954 mm，质量约23 t。顶盖排水设有蜗壳鼻端自流排水和排水泵排水两种形式，顶盖排水设两台潜水泵，其中一台备用，由水位报警控制器自动控制。

2.2.4水导轴承

油导轴承为稀油润滑油浸式分块瓦轴承。轴瓦支承采用楔形板可调式结构，轴承与顶盖用螺栓联接，轴瓦母体材质为ZG20SiMn。轴瓦为轴承合金材质，轴承上设外循环式冷却器。轴承润滑油采用ISO VG46汽轮机油。

2.2.5主轴密封

主轴密封采用间隙式不接触密封，密封严密、耐磨、结构简单、便于检修和更换。固定部分为摩擦系数小、抗磨的材料，转动部分为不锈钢材料，组合螺栓为不锈钢材料。在工作密封下方设有主轴检修密封，充气围带式结构，充气压力为0.5～0.8 MPa。

2.3水轮发电机主要结构特点

水轮发电机为具有上、下两个导轴承的立轴悬式结构，采用密闭自循环空气冷却通风系统。

2.3.1定子

定子机座用钢板焊成，外径Φ10 400 mm，未下线机座高为1 860 mm，用以固定铁芯及支承上机架。铁芯由0.5 mm厚高矽钢片冲制的扇形片叠压而成，轴向长度内分26段，段间有8 mm高径向通风沟25个。定子分4瓣，运往电站后组圆，在电站现场叠片下线，完成定子组装，保证定子的整体性。本机定子线圈为条式波绕组，用桐马环氧粉云母热固化成形，共420个，接线方式为2Y，主引出线3根，中性引出线6根，线圈端部还进行了防晕处理。

2.3.2转子

转子由转子中心体(包括主轴、转子支架)、磁轭和磁极等组成。主轴材料采用20SiMn，上端装有集电环，下端与水轮机主轴相连。转子磁轭由高强度冲片现场叠压而成，并通过热打键的方式使磁轭与转子中心体形成一个整体。转子磁轭下部设制动闸板。磁极通过“T”尾和斜键固定在磁轭上。

2.3.3上、下机架

上机架为钢板焊接的辐射式承重机架，总承载量(包括发电机及水轮机转动部分质量和水推力)约680 t。上机架为可拆分的8腿支架。推力轴承包括推力头、镜板和14块扇形轴瓦、支柱螺栓等零件。推力头与转环用螺钉和定位销连成一体，籍卡环和键固定在主轴上。推力轴瓦外径Φ2 000 mm，内径Φ1 100 mm，14块瓦呈环形均匀布置，偏心支承在支柱螺栓上。油池内装有Φ1 320 mm导轴承及油冷却器，导轴承有10块轴瓦，分别用楔子板锁定在导轴承座上，调整楔子板可获得需要的油膜间隙，导轴瓦尺寸和上导轴瓦相同，亦对地绝缘，可以互换使用。油冷却器为内置式，由多排散热铜管组成，冷却水工作压力为0.2～0.6 MPa。冷却器上装有挡油板和分油板。

2.3.4通风冷却系统

发电机采用密闭自循环空气冷却系统，空气冷却器为片式，共8个。冷却水压为0.2～0.6 MPa，冷却器的冷却每小时总水量为480 m3。

2.3.5制动系统

发电机采用压缩空气制动及复位，下机架支臂上装有8个制动器。当机组转速降至25%额定转速时制动器投入制动，制动停机时间约2 min，制动气压约0.7 MPa。制动器可兼作为液压千斤顶使用，顶起油压为7.64 MPa。

2.3.6灭火装置

发电机采用水喷雾灭火方式，定子线圈上、下端部附近设有灭火环管。当定子线圈起火时，由布置在发电机层的消防柜投入消防水，由环形管上均匀布置的水雾喷头喷水雾灭火。发电机机坑内设有烟感温感传感器以报警。

3　液动单密封蝶阀

水轮机进水阀选用4800HD741X- 11VK型卧轴液动单密封蝶阀，公称直径4.8 m，设计压力1.1 MPa，开关时间90～120 s(可调)，操作油压为16 MPa。

3.1主阀体

进水阀为卧轴单软密封蝶阀，阀体采用Q345C钢板焊接结构制造，上、下游用法兰连接，阀体采用整圈不分瓣的形式。阀体上轴承座为箱式结构，轴承箱采用材质不低于ZG25的铸钢件经初加工后与阀体焊接在一起。密封放在阀体下游侧，利用活门关闭时承受的水压压紧实心橡胶密封圈，提高阀门密封性能，阀体上密封面采用材质不低于1Cr18Ni9Ti不锈钢层，不锈钢层厚度不低于25 mm并做消除应力处理，保证不发生锈蚀。

3.2活门及阀轴

活门采用双平板桁架结构，用Q345C钢板焊接制造。活门密封采用高硬度实心橡胶圈，整体硫化，无缝连接方式，用不锈钢压板和螺钉固定在活门上。阀轴采用锻钢外套40Cr或堆焊不锈钢层制造，不锈钢层加工后厚度不小于4 mm，阀轴与轴承及轴颈密封接触的部位保证不发生锈蚀。活门与阀轴的连接采用横销传递扭矩的方式。

3.3轴承

阀轴与轴承及轴颈密封接触的部位采取堆焊不锈钢或热套不锈钢钢套等防锈措施。轴承由轴瓦、钢套、橡胶密封圈和压垫环、轴承箱等组成。轴承采用钢背复合材料制造，具有自润滑性能。

4　调速系统性能及特点

调速系统由微机电气柜、机械液压柜和、油压装置及管路等组成，采用机械液压柜与油压装置组合为一个整体(机械液压柜安装于油压装置回油箱上)的结构形式。油压装置采用地面式安装，布置在水轮机层。调速器主配压阀直径为80 mm，操作油压等级为6.3 MPa。主要特点如下：

(1)调速器采用双可编程控制器，具有PID调节规律，具有频率-出力调整、转速调整、开度调整、电力系统频率自动跟踪、功率测量反馈单元、自诊断和容错及稳定等功能。调速器能现地和远方进行机组的自动、手动开、停机和事故停机。

(3)施耐德PLC可编程控制器，具有足够的抗电磁干扰能力，两台可编程控制器一台工作，一台备用，工作机故障时，能自动无扰动地切至备用机。

(4)电液转换装置采用步进电机，具有很强的抗污能力，在滤油精度为60 μm时，调速器仍能正常工作。电液转换器直接驱动主配压阀。

(5)调速器主用残压测频，转速信号取自发电机机端PT，以齿盘测速作备用。调速器回复机构采用电反馈方式。

5　辅助系统设备

5.1机组技术供水系统

技术供水系统供水对象包括发电机空冷器、推力轴承、上导轴承、下导轴承、水导轴承、主轴密封、转轮止漏环冷却水等，每台机组设备每小时总用水量为654 m3。

供水系统采用自流单元供水方式。技术供水系统供水对象有发电机空气冷却器、上导轴承、推力轴承、下导轴承、水轮机导轴承等。根据电站水头范围，技术供水方式采用自流单元供水方式，设有两路，互为备用。二路均取自蜗壳，分别经DM300，PN1.6 MPa的自动排污滤水器过滤后向机组供水。为保证供水可靠，每台机设4个电动阀实现双向供水反冲功能，可防止管路堵塞。

5.2主变及空调供水系统

主变及空调冷却供水系统根据电站水头范围，供水方式采用自流集中供水方式，水源取自蜗壳，每台机设一路共3路，互为备用，分别经DN250，PN1.6 MPa的自动排污滤水器过滤后向3台变压器及1台套空调机组供水。

当主变冷却水出水管路上的流量开关反应冷却水正常后即可投入主变。主变停止工作后手动关闭该主变供水管路上的常开闸阀，切断冷却供水。空调机组供水管上设电动阀用于控制空调机组水流。若总管上压力变送器发出压力过低信号，则自动打开备用供水管路上的电动阀及滤水器，向主管补水。

5.3透平油系统

透平油系统主要供机组轴承润滑用油和调速系统、进水阀装置操作用油，并对油进行净化处理，一台机组设备用油量约14.5 m3。

本系统设有一只20 m3净油桶、一只20 m3运行油桶和1台100 L/min，0.3 MPa的透平油滤油机、1台100 L/min的精密滤油机、2台5 m3/h，0.33 MPa的齿轮油泵等设备，油罐室及油处理室均布置在地面层安装场上游侧。机组排油时，先排至蝶阀层的回油箱，再通过回油箱上的油泵排回透平油罐室的运行油桶。

5.4压缩空气系统

电站压缩空气系统分中压气系统和低压气系统。

中压气系统主要供调速器油压装置，供气压力为6.3 MPa。本系统共设有两台0.8 m3/min，PN7.0中压空压机，一个2.5 m3、PN7.0 MPa中压储气罐。在储气罐后上设置了除油、除尘过滤器和冷冻干燥机，对由空压机排出的中压气进行处理，以满足用气要求。两台空压机互为主备用，储气罐上设有安全阀，以保证系统的安全。向油压装置压油罐进行补气采用自动补气装置。

低压气系统主要供机组制动用气、检修吹扫用气及水轮机检修密封围带用气。本系统共设有2台3.0 m3/min，PN0.85 MPa螺杆式空压机，一个3.0 m3、PN0.85 MPa制动储气罐，一个3.0 m3、PN0.85 MPa检修储气罐。制动气罐和检修气罐之间相互连通，连通管上装设止回阀，平时此阀门开启，检修气罐可以向制动气罐进行供气。在储气罐后上设置了除油、除尘过滤器和冷冻干燥机，对由空压机排出的低压空气进行处理，以满足要求。储气罐上设有安全阀，以保证系统的安全。为保证制动用气的可靠性，制动供气总管和检修供气总管之间相互连通并装有单向逆止阀，检修气罐可以向制动气罐进行供气，但制动气罐不可以向检修气罐供气。保证了机组制动用气的可靠。

5.5机组检修排水系统

机组检修排水采用间接排水方式，检修排水系统主要在机组检修时排出球阀后蜗壳和尾水管中的积水。机组检修时，打开蜗壳排水阀，将球阀后蜗壳内的水排至尾水管，当蜗壳中水位与下游水位持平时，关闭尾水闸门，再打开Φ400尾水盘形阀，将尾水管内的水通过排水管排入检修集水井。集水井内的水由两台180 m3/h，H≥35 m的深井泵自动或手动控制排至下游。在检修期间，深井泵操作控制方式切换为自动操作。

5.6厂房渗漏排水及事故排水系统

厂房渗漏排水系统主要是排除厂房建筑物渗漏水及机电设备漏水，所有漏水通过排水沟引至渗漏集水井，再通过潜水深井泵排至下游。

3台250 m3/h，H≥35 m的潜水深井泵可自动或手动控制，自动控制由安装在集水井内的电缆浮球液位计进行控制。另设一台500 m3/h，H≥35 m长轴深井泵作为防洪泵。

5.7水力监视测量系统

水力监视测量系统包括全电站监测和机组段监测两部分。

全电站监测的项目有水库水位、栅后水位、进水口事故闸门后水位、机组尾水闸门前水位、电站尾水位、检修、渗漏集水井水位、消防水池水位、电站毛水头及拦污栅前后压差等。均采用投入式液位变送器进行测量。

机组段监测项目有蜗壳进口压力、尾水管进口真空压力、尾水管出口压力、顶盖真空压力、导叶后压力、尾水管压力脉动、蜗壳流量测定、冷却水压力、冷却水示流等。这些监测项目的设置，为电站和机组的长期安全稳定运行提供了可靠保证。

6　水力机械厂房布置

南欧江六级水电站为地面式主厂房，厂内装有3台60 MW水轮发电机组及其附属设备。主厂房长约61 m(机组间距16.5 m)，净宽19.0 m(其中上游侧宽度为11.0 m，下游侧宽度为8.0 m)，主厂房净高45.7 m(自尾水管底板至厂房吊顶)，在主厂房的下游侧布置有端部副厂房及控制楼。

发电机层(449.00 m高程)每个机组段上游侧布置有机旁盘，下游侧布置励磁盘和发电机消防柜。安装场布置在主厂房的右端(面向上游看)，长约25.4 m，宽22.6 m，考虑机组安装和检修时，布置发电机定子、转子、上下机架、顶盖、转轮等设备。

水轮机层(441.20 m高程)上游侧布置有球阀控制柜、球阀液压站、调速器机械柜及油压装置等。在厂房下游侧副厂房内布置有中压及低压气系统设备，右端布置有检修排水泵。

蜗壳层(433.50 m高程)上游侧布置有蝶阀、中间油箱，下游侧布置有检修排水盘型阀、机组冷却供水系统设备、主变及空调冷却供水设备、消防水池供水设备等。在厂房右端(顺水流向)布置有渗漏集水井、渗漏排水设备和检修集水井。

透平油罐及油处理室布置在安装场上游侧455.00高程，尺寸为17 m×7 m，设有2个20 m3的立式油桶及油泵、透平油滤油机、精密滤油机等油处理设备。

7　结　语

南欧江六级水电站采用混流式水轮发电机组，机组各项性能指标选择设计均满足要求，电站目前已经建成发电，机组设备选型设计合理，厂房布置紧凑，设备安装、检修、运行维护方便，做到了因地制宜，为同类东南亚水电站的建设提供了很好的借鉴。

(责任编辑高瑜)

Hydro-machinery Design for Nam Ou 6 Hydropower Station in Laos

ZOU Maojuan, HU Weijuan, MA Weidong

(PowerChina Kunming Engineering Corporation Limited, Kunming 650051, Yunnan, China)

Nam Ou 6 Hydropower Station installs vertical-axis Francs turbines and vertical suspended generators. The horizontal single-sealing hydraulic butterfly valve is chosen as the inlet valve of turbine. The speed control system is an integral structural form of mechanical hydraulic cabinet and hydraulic device. The performance indicators of Nam Ou 6 Hydropower Station meet the requirements. The station has been put into operation, and the actual generation shows that the selection design of generating equipments is reasonable, the layout of equipments is compact, and the installation, maintenance, operation and maintenance of equipments are convenient．

turbine generator; auxiliary equipment; powerhouse layout; Nam Ou 6 Hydropower Station

2016- 03- 08

邹茂娟(1982—)，女，湖北荆门人，高级工程师，主要从事水电站水力机械设计工作．

TM312(334)

A

0559- 9342(2016)05- 0077- 04