厄瓜多尔可卡可多辛克雷尔水电站水力机械设计

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 厄瓜多尔可卡可多辛克雷尔水电站水力机械设计 作者：张林 乔中均 李红帅 孙玉涵 来源：《河南科技》2019年第16期 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 摘 要：厄瓜多尔可卡可多辛克雷尔水电站（Coca Codo Sinclair，CCS）采用高水头六喷嘴水斗式水轮发电机组，配有完善的辅助设备系统。本文对本电站水轮发电机组及其附属设备、辅助设备系统的设计特点进行介绍。

关键词：水力机械;水轮机;发电机;辅助设备系统;CCS水电站 中图分类号：TV554 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）16-0097-04 Abstract： Pelton turbine generator units with 6 nozzles are applied in Coca Codo Sinclair Hydropower Station （short for CCS Hydropower Station below）， the water head is very high for this station and a complete auxiliary equipment system is provided. The design characteristics for turbine generator unit and its accessory equipment and auxiliary equipment system were introduced herein.

Keywords： hydraulic machinery;turbine;generator;auxiliary equipment system;CCS hydropower station

CCS水电站工程位于南美洲厄瓜多尔国东北部Napo省与Sucumbios省交界处，距首都基多公路里程约130km。电站为引水式开发，工程主要建筑物包括首部枢纽、输水隧洞、调蓄水库、压力管道和地下厂房等[1]。厂房内装设8台184.5MW水斗式水轮发电机组及附属设备。电站主要特征参数为：最大水头616.74m，额定水头604.10m，最小水头594.27m，装机容量8×184.5MW。电站尾水洞存在两种运行工况：正常的无压工况及短暂的有压工况。电站配备1台1 200kW水斗式水轮发电机组，作为电站的备用电源，具备“黑启动”功能。电站以3回500kV电压出线接入电力系统。

1 水轮发电机组 1.1 水轮发电机组主要参数 CCS电站装设8台水斗式水轮发电机组。其中，水轮机转轮及喷嘴总成由安德里茨设计制造，水轮机其余部件及发电机由哈尔滨电机厂有限责任公司设计制造。机组主要技术参数见表1和表2。

1.2 水轮机主要结构特点 水轮机为立轴水斗式，由稳水栅、尾水里衬及底板、配水环管、机壳、机壳盖、喷嘴总成（整体含喷嘴口环、喷管、喷针、喷针头、折向器、喷针接力器及折向器接力器等）、转轮、主轴、水导轴承、压气及补气装置、机坑起重设备、机坑里衬和基础埋件等组成。水轮机转轮、喷嘴总成及其他易损部件采用下拆从尾水稳水栅运出的检修方案;水轮机其他可拆卸的部件，包括主轴、轴承盖和轴承等部件应能利用厂房桥式起重机从发电机定子内孔及其下面的圆形机坑中整体吊出。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 1.2.1 转轮。转轮制造采用安德里茨高焊技术工艺，斗叶根部高应力区及轮盘采用X-3CrNiMo13-4不锈钢整体锻造然后数控加工。斗叶其他部分也采用相同材料锻造，且精加工后与轮盘焊接后整体数控加工成型。同时，对斗叶进行喷涂处理。

1.2.2 主轴。水轮机主轴采用20SiMn锻制而成，采用中空结构，外法兰形式，主轴上端法兰与发电机轴下法兰直接连接，与转轮采用带液压预紧螺栓的摩擦连接形式。

1.2.3 水导轴承及主轴密封。水导轴承采用稀油润滑的巴氏合金瓦衬的自润滑轴承，由楔形调整块的分块瓦和可拆卸的轴承体组成。水轮机水导轴承冷却方式采用内循环布置。轴承润滑采用ISOVG-46号汽轮机油。主轴密封装置仅在水轮机有压运行时自动投入，在正常运行时（无压运行）能自动切除。主轴密封材料采用进口高分子材料。主轴密封冷却水水源取自消防用水。

1.2.4 水轮机机壳。机壳采用型号为Q235-B的普通制造钢材料。采用焊接结构，机壳上部设有機壳盖，机壳盖用螺栓固定在机壳上，并有顶起机壳盖的专用螺孔，机壳盖上装有水导轴承支座。机壳下缘和最高尾水位之间留有必要的通气高度，在机壳上开设有供转轮下拆的运输通道。

1.2.5 配水环管。配水环管采用焊接性能好的Q500D钢板制成，分6段运输到工地，在工地现场组合焊接完成，并经探伤合格后，进行强度水压试验，试验压力为11.25MPa。在配水环管的最低处开设有孔径为100mm的排水孔。

1.2.6 喷嘴总成。喷嘴总成由喷管、喷针、喷针头、折向器、喷针接力器及折向器接力器等组成。喷管采用直流内控式，控制机构设在喷管内。各喷嘴和各折向器之间没有杠杆联系，全部采用油压直接控制，正常工作油压等级为6.3MPa。喷针、喷嘴口环采用X-3CrNiMo13-4材质制造。

1.2.7 压气及补气装置。压气及补气装置由8根集气管和2台鼓风机组成。8根集气管连接于机壳和尾水支洞挡气坎之间，用于回收被水流带走的空气，其中2根尺寸为Φ280mm×16.6mm，另外6根尺寸为Φ400mm×23.7mm。2台鼓风机用于在尾水支洞水位较高时进行强迫补气压水，鼓风机设计风量为3 600m3/h，风压为300mbar。

1.3 发电机主要结构特点 发电机为三相凸极同步交流发电机，采用立轴悬式结构，采用密闭循环空气冷却。接线方式为Y型接线。发电机的具体构件分析如下所示。

1.3.1 定子。定子包括定子机座、铁芯和绕组等主要部件。定子机座分4瓣，采用上、下环板的钢板焊接结构，下环板安装于定子基础板上。定子铁芯采用0.5mm厚的进口低损耗、无时效、高导磁系数、机械性能优良的硅钢片叠压而成，铁芯全长2 188mm，内径5 950mm。龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 定子绕组采用星形连接，所有接头和连接应采用中频银铜焊工艺。定子机座在现场进行组焊，定子铁芯叠片在安装时进行，绕组下线在机坑进行。

1.3.2 转子。发电机转子由主轴、支架、磁轭和磁极等组成。主轴采用20SiMn锻钢制成，上端装有集电环，下端与水轮机主轴连接。支架为圆盘式焊接结构。磁轭采用优质高强度钢板冲片叠压而成，沿轴向均匀设有通风沟。磁轭与转子支架间的连接采用径向和切向组合键连接，并采用热打键的方式，在磁轭压板的下方设有可拆卸的多块制动环。磁极铁芯用WDER450优质高强度薄钢板叠压而成，用拉紧螺杆把合成整体，采用T尾结构与磁轭相连。

1.3.3 推力轴承及导轴承。推力轴承及上、下导轴承均采用内循环冷却方式，在油槽内部设有高效油冷却器。推力轴承和上导轴承采用分开式结构。推力轴承瓦采用巴氏合金瓦，巴氏合金瓦采用S275J0+N材料。上、下导轴承为油浸式自循环钨金分块型瓦可调式结构。

1.3.4 上、下机架。上机架采用辐射型支臂结构，设有8条工字型支臂，中心体与支臂采用焊接连接，支臂外端与混凝土之间设有千斤顶。下机架也采用辐射型支臂结构，设有6条工字型支臂，下机架可通过定子铁芯整体吊出。

1.3.5 通风冷却系统。发电机采用由上、下盖板和上、下挡风板形成的双路无风扇全封闭径向通风系统。在定子机座外圆均匀布置8个空气冷却器。

1.3.6 制动顶起系统。发电机采用电气和机械两种制动方式，两种制动方式可配合使用，也可单独使用。两套装置配合使用时，当机组转速下降到80%额定转速时，电气制动停机装置投入;当机组转速下降到10%额定转速时，机械制动停机装置投入，全部制动停机时间为5～6min，制动气压约为0.7MPa。制动器可兼作转子顶起装置，顶起装置工作油压为9.5MPa。

1.3.7 灭火装置。发电机采用气体（CO2）灭火系统，每台机配1套发电机CO2灭火装置（包括储气瓶及瓶架等）。CO2灭火设计为全淹没系统，设计浓度为58%。为维持CO2灭火浓度，保证灭火质量，每组设两套管路：一套是紧急灭火释放CO2;另一套是维持和补充CO2。在机坑里装设烟雾信号和感温探测器，当两者同时动作方可向发电机送气。在每台机组的发电机机墩风罩上设有2个机械式泄压口，当机墩内外压力差达到（1.1±0.1）kPa时，泄压口自动打开泄压。

2 进水球阀 水轮机进水阀选用QF618-WY-220型卧轴液控双密封球阀，公称直径2.2m，设计压力7.65MPa，设计流量35.0m3/s，开启时间50～120s（可调），关闭时间50～120s（可调），操作油压为6.3MPa。水轮机进水球阀具有如下特点。

①阀体采用ZG20Mn铸钢材料，阀体外部有活门位置指示器，阀体底部设有排污管。上、下游法兰面设O型密封圈。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn ②活门采用铸钢制造，一只阀轴与活门铸成一体，另一只阀轴用锻钢制成，螺钉把合。支承活门的轴承内装有自润滑轴承，阀轴与轴承和轴端密封贴合的表面采用不锈钢衬套。

③进水阀上游侧设有上游连接短管，材质为Q500D，上游端与压力钢管采用焊接连接，下游端与阀体法兰采用螺栓连接。进水阀下游侧设有伸缩节，伸缩节为套筒式，伸缩量为30mm，上游端与阀体法兰采用螺栓连接，下游端与配水环管进口法兰采用螺栓连接。在上游连接短管和下游伸缩节上设有旁通管路和差压控制器，用于对配水环管进行充水和平压，旁通阀采用油压操作针形阀（具有减压作用）。

④球阀上游侧设检修密封，下游侧设工作密封。球阀上、下游的不锈钢活动密封环设在阀壳上，活动密封环由ASTM A743CrCA-6NM不銹钢制成。球阀密封环采用水压操作，水源来自上游压力钢管。检修密封装有可靠的手动机械锁锭装置。

⑤球阀液压油系统为独立系统。压力油源由油泵组、压力油罐、回油箱、管路、漏油箱、阀门、表计、自动化元件及附件等组成。油压装置型号为YZ-10.0-6.3。

3 调速系统 调速系统由机械液压柜、微机电器柜、油压装置及管路等组成，机械液压柜与回油箱组成一个整体。压力油罐采用地面式安装，布置在母线层楼板上;回油箱采用悬挂式安装，悬挂于母线层楼板上。调速器型号为CJWT-6/6-6.3，采用六喷六折冲击式水轮机专用调速器，操作油压为6.3MPa。调速器油压装置型号为YZ-6.0-6.3。