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摘要：在水电站的建设过程中，水力机械是完成水电站基本功能的重要设施，在设计和使用过程中，水力机械应当满足水电站的基本功能需求和我国在水力建设中的设计理念。随着新技术的发展以及信息技术在水电站运行过程中的参与，借助计算机技术我国水电站的水力机械设计和优化工作得到了很大的优化。本文主要针对水电站建设过程中水力机械的设计进行了分析，结合我国实际建设需求提出了优化建议，提高了水电站的运行效率，可供参考。水力机械是水电站建设中的重要组成部分，在建设过程中水力机械的运行特点和功能应当满足水力建设的客观需求，在这一要求之下，针对现有设备进行一定的优化是当前发展建设中的客观需求。针对实际使用目的对水力机械进行设计上的优化可以提升运行效率，降低水力机械运行中出现故障的可能性，对水电站的运行效率以及运行寿命有着直接的影响。
关键词：水电站;水力机械;管道阀门设计
中图分类号：TV734 文献标识码：A
1辅助系统设计
1.1主厂房起重机
主厂房起重机主要用于起吊发电机定子基座、转子、水轮机转轮、导水机构及其他附属设备。机电设备起吊最重件为发电机转子连轴，其重量为7.5t，选用一台10t电动单梁吊钩桥式起重机，跨度为11m，起升高度为18m。
1.2进水阀
本电站机组采用一管两机的布置形式。引水压力钢管于厂房前分岔为2根支管，分别引至2台机组。在每台机蜗壳进口前设置DT-1400HD741X-10C型卧轴液动蝶阀1台，公称直径为1400mm，设计压力1.0MPa。蝶阀接力器全开、全关时间90～120s（可调），操作油压为16MPa。蝶阀操作系统主要采用蓄能罐式机械液压系统和PLC电气控制系统，既可现地操作，也可远程控制，便于水轮机与阀门的联锁程序控制及微机集中控制。
1.3压缩空气系统
水电站压缩空气系统主要分为中压气系统和低压气系统。中压气系统的主要供气对象为调速器及蝶阀的油压装置。因本电站调速器及蝶阀均采用额定油压16MPa的蓄能罐式油压装置，故无须另外配置中压气源。低压气系统主要供气对象为机组制动用气、检修维护用气。考虑本电站规模较小，且距离石阡县城仅有10km，取消了初步设计阶段检修维护用气的专用压缩空气系统，仅配置2台0.6m3/min，PN0.8MPa小型移动式空压机，用于平时设备检修维护。电站仅配置2台0.86m3/min、PN0.8MPa螺杆式空压机，及1个1.0m3、PN0.8MPa储气罐供机组制动供气。2台空压机互为备用，每台机均配有相应的控制设备，能实现对本机控制、保护、报警等功能。空压机的起停，由安装在储气罐上的4只单接点压力开关控制，同时通过1只压力变送器将储气罐的实时压力值送至电站计算机监控系统[1] 。
2机组技术供水系统优化
本电站技术供水系统的主要供水对象有发电机空气冷却器和轴承润滑油冷却器。单台机组的技术用水总量为25m3/h。结合本电站水头范围（18.8～32.7m）和过机水质情况，机组技术供水采用自流单元供水方式，从压力钢管取水，经滤水器过滤后供至各机组冷却器。滤水器后设联络总管，两台机取水口互为备用。为确保机组各轴承的冷却效果，在各机组供水管上并联设置一套管道泵，当轴瓦温度较高或技术供水压力不足时，由人工手动投入，以改善机组冷却效果。机组各部位冷却排水管上均设有1个压力开关、1个流量开关和1个RTD温度传感器，用于监测通过轴承冷却水压力、流量及水温。
每台机组的技术供水总管上设有电动阀门和流量开关，通过机组开停机程序控制电动阀门的开启或关闭。机组开机前，先投入技术供水系统，待供水正常后才能开机。机组停机后，延时关闭电动阀门，停止技术供水[2] 。
2.1油系统
水电站油系统一般主要分为透平油系统和绝缘油系统。本电站透平油系统主要供机组轴承润滑用油和调速系统、进水阀油压装置操作用油。
机组本身的透平油用油量较少，且距离石阡县城仅较近，本电站不再设置油库及油处理设备，仅设置简单的油检测设备，定期对各设备油质进行检测，对不合格的润滑油及时处理或更换。另外设0.5m3移动式加油小车两台，用于为机组添油。
水电站绝缘油系统主要为主变压器和其他需要用油的电气设备提供绝缘油，因本电站所选用主变压器为SC（B）12-400/10.5型干式变压器，且无其他用油电气设备，故无须设置绝缘油系统。
2.2排水系统
2.2.1厂房渗漏排水
厂内渗漏水主要来源于水工建筑物渗漏水、厂房内各层地面排水沟的渗漏水。本电站总渗漏水量为6m3/h，渗漏集水井有效容积为18m3。采用两台65WQC251-3.0-Z型耦合式潜水泵将水排至下游尾水，其中一台工作，一台备用。水泵额定流量为36m3/h，扬程为16m，电机功率为2.2kW。
在集水井内设1套投入式液位变送器和1套浮子式液控装置对其集水井内的水位进行监控，以此控制渗漏排水泵的启停。另外设置了一台投入式潜污泵，用于定期抽除厂房渗漏集水井内的淤泥。潜污泵额定流量为20m3/h，扬程为16m，电机功率为2.2kW。
2.2.2机组检修排水
本电站机组安装高程504.0m，允许吸出高度4.0m，机组检修时对应厂房下游尾水位为501.04m，低于检修时需要排除的流道内的积水高程，检修时流道内的大部分积水可通过蝶阀后的排水阀自流排至尾水渠。少部分压力钢管积水可临时排至渗漏集水井，通过渗漏排水泵排至下游尾水渠。综合考虑，本电站不在单独设置检修集水井。
2.3水力量测系统
水力量测系统分为全厂性测量和机组段测量两部分。
（1）全厂性测量项目主要包括水库水位、下游尾水水位、拦污栅差压及渗漏集水井水位，均采用投入式液位变送器进行测量。水库大坝上的水位信号均接入坝区的水位监测仪。然后通过水位监测仪送至坝区现地控制单元（LCU），进而接入电站监控系统[3] 。
（2）机组段测量的项目主要包括蜗壳进口压力、前盖压力、尾水管进口压力、尾水管出口压力、蜗壳差压测流及冷却水压力、流量、水温等。机组振动及主轴摆度采用振动、摆度检测装置。并通过RS485通信方式接入机旁现地控制单元（LCU），进而接入电站监控系统。
结束语
在水电站的机械设备的优化设计过程中，设计人员要了解优化设计工作对于水力发电效率以及发电过程的安全性的影响，设计人员要从多个方面进行水电辅助机械设备的设计，降低水电站运行中的成本，方便设备的检修过程，推动我国水力发电事业的建设。水电站辅助水力机械系统的设计对水电站安全稳定运行至关重要。在设计过程中我方充分结合木瓜溪水电站自身的特点，通过对油、气、水系统的优化从而使整个电站的设计更加合理。同时降低了工程投资，产生了良好的社会效益和经济效益。也为今后类似工程的设计工作提供了借鉴和参考。
参考文献：
[1] 越南松邦4水電站水力机械辅助系统设计及调试[J].胡雄峰，郑应霞，严丽.中国农村水利水电.2016（03）
[2] 越南同奈5水电站水力机械及辅助系统设计及调试[J].胡雄峰，郑应霞，严丽.云南水力发电.2018（06）
[3] 越南华纳水电站水力机械设计特点[J].高世旺.江淮水利科技.2017（06）
（作者单位：黑龙江省水利水电勘测设计研究院
黑龙江省哈尔滨市 150080）
关键词：水电站;水力机械;管道阀门设计
中图分类号：TV734 文献标识码：A
1辅助系统设计
1.1主厂房起重机
主厂房起重机主要用于起吊发电机定子基座、转子、水轮机转轮、导水机构及其他附属设备。机电设备起吊最重件为发电机转子连轴，其重量为7.5t，选用一台10t电动单梁吊钩桥式起重机，跨度为11m，起升高度为18m。
1.2进水阀
本电站机组采用一管两机的布置形式。引水压力钢管于厂房前分岔为2根支管，分别引至2台机组。在每台机蜗壳进口前设置DT-1400HD741X-10C型卧轴液动蝶阀1台，公称直径为1400mm，设计压力1.0MPa。蝶阀接力器全开、全关时间90～120s（可调），操作油压为16MPa。蝶阀操作系统主要采用蓄能罐式机械液压系统和PLC电气控制系统，既可现地操作，也可远程控制，便于水轮机与阀门的联锁程序控制及微机集中控制。
1.3压缩空气系统
水电站压缩空气系统主要分为中压气系统和低压气系统。中压气系统的主要供气对象为调速器及蝶阀的油压装置。因本电站调速器及蝶阀均采用额定油压16MPa的蓄能罐式油压装置，故无须另外配置中压气源。低压气系统主要供气对象为机组制动用气、检修维护用气。考虑本电站规模较小，且距离石阡县城仅有10km，取消了初步设计阶段检修维护用气的专用压缩空气系统，仅配置2台0.6m3/min，PN0.8MPa小型移动式空压机，用于平时设备检修维护。电站仅配置2台0.86m3/min、PN0.8MPa螺杆式空压机，及1个1.0m3、PN0.8MPa储气罐供机组制动供气。2台空压机互为备用，每台机均配有相应的控制设备，能实现对本机控制、保护、报警等功能。空压机的起停，由安装在储气罐上的4只单接点压力开关控制，同时通过1只压力变送器将储气罐的实时压力值送至电站计算机监控系统[1] 。
2机组技术供水系统优化
本电站技术供水系统的主要供水对象有发电机空气冷却器和轴承润滑油冷却器。单台机组的技术用水总量为25m3/h。结合本电站水头范围（18.8～32.7m）和过机水质情况，机组技术供水采用自流单元供水方式，从压力钢管取水，经滤水器过滤后供至各机组冷却器。滤水器后设联络总管，两台机取水口互为备用。为确保机组各轴承的冷却效果，在各机组供水管上并联设置一套管道泵，当轴瓦温度较高或技术供水压力不足时，由人工手动投入，以改善机组冷却效果。机组各部位冷却排水管上均设有1个压力开关、1个流量开关和1个RTD温度传感器，用于监测通过轴承冷却水压力、流量及水温。
每台机组的技术供水总管上设有电动阀门和流量开关，通过机组开停机程序控制电动阀门的开启或关闭。机组开机前，先投入技术供水系统，待供水正常后才能开机。机组停机后，延时关闭电动阀门，停止技术供水[2] 。
2.1油系统
水电站油系统一般主要分为透平油系统和绝缘油系统。本电站透平油系统主要供机组轴承润滑用油和调速系统、进水阀油压装置操作用油。
机组本身的透平油用油量较少，且距离石阡县城仅较近，本电站不再设置油库及油处理设备，仅设置简单的油检测设备，定期对各设备油质进行检测，对不合格的润滑油及时处理或更换。另外设0.5m3移动式加油小车两台，用于为机组添油。
水电站绝缘油系统主要为主变压器和其他需要用油的电气设备提供绝缘油，因本电站所选用主变压器为SC（B）12-400/10.5型干式变压器，且无其他用油电气设备，故无须设置绝缘油系统。
2.2排水系统
2.2.1厂房渗漏排水
厂内渗漏水主要来源于水工建筑物渗漏水、厂房内各层地面排水沟的渗漏水。本电站总渗漏水量为6m3/h，渗漏集水井有效容积为18m3。采用两台65WQC251-3.0-Z型耦合式潜水泵将水排至下游尾水，其中一台工作，一台备用。水泵额定流量为36m3/h，扬程为16m，电机功率为2.2kW。
在集水井内设1套投入式液位变送器和1套浮子式液控装置对其集水井内的水位进行监控，以此控制渗漏排水泵的启停。另外设置了一台投入式潜污泵，用于定期抽除厂房渗漏集水井内的淤泥。潜污泵额定流量为20m3/h，扬程为16m，电机功率为2.2kW。
2.2.2机组检修排水
本电站机组安装高程504.0m，允许吸出高度4.0m，机组检修时对应厂房下游尾水位为501.04m，低于检修时需要排除的流道内的积水高程，检修时流道内的大部分积水可通过蝶阀后的排水阀自流排至尾水渠。少部分压力钢管积水可临时排至渗漏集水井，通过渗漏排水泵排至下游尾水渠。综合考虑，本电站不在单独设置检修集水井。
2.3水力量测系统
水力量测系统分为全厂性测量和机组段测量两部分。
（1）全厂性测量项目主要包括水库水位、下游尾水水位、拦污栅差压及渗漏集水井水位，均采用投入式液位变送器进行测量。水库大坝上的水位信号均接入坝区的水位监测仪。然后通过水位监测仪送至坝区现地控制单元（LCU），进而接入电站监控系统[3] 。
（2）机组段测量的项目主要包括蜗壳进口压力、前盖压力、尾水管进口压力、尾水管出口压力、蜗壳差压测流及冷却水压力、流量、水温等。机组振动及主轴摆度采用振动、摆度检测装置。并通过RS485通信方式接入机旁现地控制单元（LCU），进而接入电站监控系统。
结束语
在水电站的机械设备的优化设计过程中，设计人员要了解优化设计工作对于水力发电效率以及发电过程的安全性的影响，设计人员要从多个方面进行水电辅助机械设备的设计，降低水电站运行中的成本，方便设备的检修过程，推动我国水力发电事业的建设。水电站辅助水力机械系统的设计对水电站安全稳定运行至关重要。在设计过程中我方充分结合木瓜溪水电站自身的特点，通过对油、气、水系统的优化从而使整个电站的设计更加合理。同时降低了工程投资，产生了良好的社会效益和经济效益。也为今后类似工程的设计工作提供了借鉴和参考。
参考文献：
[1] 越南松邦4水電站水力机械辅助系统设计及调试[J].胡雄峰，郑应霞，严丽.中国农村水利水电.2016（03）
[2] 越南同奈5水电站水力机械及辅助系统设计及调试[J].胡雄峰，郑应霞，严丽.云南水力发电.2018（06）
[3] 越南华纳水电站水力机械设计特点[J].高世旺.江淮水利科技.2017（06）
（作者单位：黑龙江省水利水电勘测设计研究院
黑龙江省哈尔滨市 150080）