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三峡水利枢纽工程机电设计关键技术研究概述

《人民长江》 2013-02-07 06:08:05

[导读] 摘要:长江三峡水利枢纽规模宏大,枢纽建筑物多,运行条件复杂,其机电工程设计存在诸多世界性难题,长江委设计院自20世纪50年代起,即开展三峡水利枢纽的机电设计院。这些研究包括:700MW水轮发电机组总设计、主厂房1200t/125t单小车桥式起重机、电站装机进度、电气主接线设计、500kV GIS、接地技术、大电流封闭母线、计算机监控系统总体设计、励磁系统方案设计及干式励磁变压器的研究、发电机继电保护、通信系统、五级船闸监控系统、蜗壳保温保压装置设计、双线五级船闸消防设计。上述设计研究大多处于世界水电技术的

 

 

中国分类号:TV734  文献标识码:A

三峡水利枢纽是治理和开发长江的关键性骨干工程,具有防洪、发电、航运等巨大的综合效益。电站总装机容量22400MW,共装设32台700MW水轮电机组,其中左岸电站装设14台,右岸电站装设12台,地下电站装设6台。

三峡工程由泄洪坝段、左右岸厂房坝段、地下电站进水口、左右岸非溢流坝段、升船机、五级船闸及左、右岸和下电站厂房组成。

2003年6月,已建大坝和三期碾压混凝土围堰开始挡水,水库蓄水至135m水位,双线五级船闸开始试通航。2003年7月左岸电站首批2台(2、5号)机组投入运行,工程开始发挥发电效益;2005年9月12日左岸电站最后一台机组投产发电,标志着三峡二期工程的全面完工;2006年汛水库蓄水到156m,机组运行最大水头为94m,机组出力达到了额定负荷700MW和满出力756MW,至今左岸电站已稳定运行近4a。2007年6月右岸电站机组开始投入运行,2008年11月全部机组投产发电,至此三峡右岸工程提前1a全部完工。

三峡水利枢纽是世界上运行条件最复杂的水利枢纽之一,具有水情预报、水流量调度、电力调度、通航调度、泄洪冲沙排漂调度等功能。由于其防洪的需要使得电站上游水位变幅很大,剧世界大型电站之首,且担任调峰任务,负荷变化大,性能参数高,给水轮发电机组的总体技术设计、安全稳定运行带来极大的挑战。同时由于枢纽功能多,相互之间的关系复杂,也对机电工程的总体设计提出了较高的要求。

机电设计三峡工程的重要组成部分,三峡机电工程设计的任务是将三峡工程(包括其反调节梯级葛洲坝水利枢纽)众多机电、金属结构等设备集成起来,实现监控自如、信息畅通、安全可靠运行,最大限度发挥综合利用效益。

从20世纪50年代起,长江委对机电设计关键技术问题的研究就没有间断过,通过几十年的设计科研,承担完成国家重点科研项目几十项,获得国家级科技进步奖1项,省部级科技进步奖8项,省部级优秀设计奖1项。

1 700MW水轮发电机组总体设计

水轮发电机总体设计就是依据其运行条件,研究论证与当今技术发展水平相适应的机组性能要求,并在此基础上量化为主要技术参数,包括性能参数和结构参数,对影响电站机组性能的重要部件的结构形式和材料以特殊制造工艺进行方案设计。论证适用标准包括设计标准、制造标准、验收标准等。在确定了机组总体设计方案后,经设备招标,由机组制造厂按总体设计方案进行制造实施。

三峡机组的运行条件:初期发电蓄水位为135m,最终正常蓄水位为175m,运行水头范围为61-113m。机组既要适应初期蓄水位较低时的安全发电要求,又必须适应最终在高蓄水位长期运行的安全经济运行要求,象三峡这样大型混流式水轮机必须在正常蓄水位变幅达40m、水头变幅达53m的条件下运行,这是前所未有的,同时也是三峡电站不能改变的运行条件。

针对电站机组的运行条件,长江委进行了大量的研究分析和对外交流工作,牵头承担“七五”、“八五”国家重点技术装备攻关课题,从机组性能参数的确定、机组运行稳定性研究、重要部件的结构型式和材料等、主要的控制尺寸及要求、大件运输方式、模型试验及验收、机组装机进度等各个领域的关键技术问题进行了专题研究和计算分析,提出了适合三峡电站运行条件的水轮发电机组总体设计方案及技术要求。如机组单机容量,从300MW一直研究到1000MW,在确定正常蓄水位为175m后,又对单机容量631.4MW、680MW、737MW机组进行了专题研究,可行性研究报告推荐单机容量680MW方案;在1992年三峡水利枢纽初步设计阶段,以680MW为基础,对机组单机容量再次进行了论证,对设计、制造、运输难度最大的水轮机转轮和发电机推力轴承、输变电设备等部件各方面进行了更深入的研究,最后推荐单机容量700MW方案并获审通过。再如大型机组稳定性的研究,在三峡机组设计上首次提出了稳定运行的指标及要求,对尾水管和导叶后转前区域在整个运行水头和负荷范围内,提出了稳定性分区设置的方法和相应的稳定性指标;将安全稳定运行放在首位,这在以前的水电站设计中是从未有过的。通过稳定性能研究,对水轮发电机组增加了发电机最大容量的设置,根据三峡电站巨型水轮发电机组运行特点,提出水轮机按最大出力852MW设计,发电机按840MVA(功率因数0.9)和840MW(功率因数1.0)设计。

三峡电站水轮发电机组运行的结果看,机组稳定运行性能是好的,机组的能量性能、效率及气蚀指标也全面满足总体设计的要求。

本课题研究获湖背省2007年度科技进步一等奖。

2 主厂房1200t/125t单小车桥式起重机

三峡电站使用1200t/125t单小车桥式起重机,是目前世界上单钩起重量最大的桥式起重机。

三峡电站的特定条件决定了三峡电站起重设备选择的高难度。三峡电站厂房跨度为33.6m,700MW机组最大部件发电机转子外型尺寸为18.5m,起吊重量达1800t,需要2台桥机进行拼车起吊。水轮机转轮最大外径为φ10m,起吊重量500t,需单钩起吊。针对起吊重量,起吊技术要求高,轮压大且对土建结构要求高等一系列技术难题,长江委对起重设备的总体设计方案进行了大量的研究,从门机、半门机到桥式起重机,又从双小车桥机到单小车桥机,进行了多方案的技术经济比较,提出的总体设计方案是经过多年不懈科研攻关的结果。方案的变化也印证了长江委在设计上不断研究进取和创新的精神。

对于三峡电站而言,1200t单小车桥式起重机方案为:①技术先进,在水电站桥机上规定必须采用变频调速设备;并要求在桥机上采用能量反馈方式。②操作简单,2台桥机拼车只需一根平衡梁就可以起吊1800t左右的发电机转子,一个主钩可起吊800t重的发电机定子,在现场对桥机进行了1500t单钩起重机负荷试验,到目前为止仍属世界唯一。确保了三峡左右岸电站26台机组的安装需要,并为实现年装机7台提供了可靠的保障。

1200t/125t单小车桥式起重机配合设备生产厂家获得国家步二等奖。

3 电站装机进度

电站装机进度是关系到电站施工期效益发挥的关键技术问题,也是涉及电站土建施工、设备场地布置、机电设备安装及设备供货的系统工程。

电站装机进度的关键是确定合理的单机安装进度,而要确定合理的单机安装进度,必须确定关键线路上重要部件的安装周期。安装周期受安装工艺、安装手段、安装场地、安装人员素质等因素的制约。在确定合理的单机进度后,需与土建施工进行协调,适当调整各部位的土建施工进度使之满足机组安装的需要,再结合总体的土建施工进度及各机组段交面的时间,确定电站的装机进度以及各机组的投产发电时间。

三峡电站左右岸电站机组台数多,安装作业面多,机电设备安装与土建施工齐头并进,存在相互交叉影响。根据三峡工程建设实际情况,长江委设计院在总结国内外同类电站机组安装经验的基础上,通过科学分析研究,确这了合理的典型单机安装进度为31个月。典型单机安装关键线路工序流程为:尾水管安装→二期混凝土浇筑→基础环、座环安装→蜗壳安装→机坑里衬安装→二期混凝土浇筑至发电机层→座环加工→定子吊装→定子下线、耐压试验→推力架和轴承安装→转子吊装→发电机装配→机组充水试运行。确定关键部件发电机转子安装工期为165d、发电机定子总工期290d。

在确定单机安装进度后,结合安装场地、土建施工强度和安装手段,经初步设计审定的电站装机进度方案为“2+4+4+4”,后经进一步研究和比较,在技术设计的专题研究中,提出“4+4+4+2”的基本方案,争取达到“5+4+4+1”和“6+4+4”的方案。

上述的研究工作和成果,为三峡工程左岸电站在3a内实现“6+5+3”的装机速度和右岸电站“7+5”的安装进度奠定了坚实的基础,左岸电站14台机组比合同签订安装发电计划累计提前1907d,右岸电站提前1a完工,大大超越了当代国际同类机组装机速度。经初步估算,三峡工程左岸电站机组仅提前发电这一项就增加产值达70多亿元。

4 电气主接线设计

电气主接线的设计关系到三峡水电站的电能能否可靠、安全地送出。三峡电站机组台数多、单机容量大,同时电站的建成将形成全国电力联网,对电力系统的安全稳定运行起着非常重要的作用。

通过对三峡左岸电站电气主接线方案及可靠性计算以及对电力系统敏感性分析的专题研究,确定左岸电站电气主接线为:发电机与主变压器的连接采用单元接线,发电机电压侧不装设断路器,变压器高压侧设置断路器,将2个单元组成联合单元的接线方式。左岸厂高压侧采用3/2交叉接线方案,500kv母线均设分段断路器,将母线分为两段,左一段装机8台,左二段装机6台。左一段共有五回500kv出线,左二段有三回出线。

在我国以往的设计中,只有葛州坝电站的机组台数为21台,单机容量量大为170MW,主接线为3/2。其次是二滩电站,机组台数为6台、单机容量550MW,主接线为3/2和4/3混合接线。国际上最大电站--依泰普水电站,装机台数为18台,单机容量为700MW,主接线为进线采用3/2,出线采用双断路器。

三峡水利枢纽工程电气主接线设计中,对国内外采用的电气主接线方案了进行分析,根据电力系统对三峡电站的要求,拟定适合三峡特点的主接线方案,并列入了“七五”科技攻关中的主接线综合评价课题,不仅对主接线本身的可靠性进行了计算,而且针对三峡电站在电力系统中的地位和电力系统网架结构进行了敏感性分析,使主接线的可靠性评价与电力系统的敏感性分析两者结合起来,比之常规的可靠性分析增加了主接线对系统安全性影响的内容。在可靠性计算中根据国内外已有的可靠性计算分析数据,同时在元件的计算模型方面,将所有设备的实际运行工程和操作顺序进行分析,得出了统一的n+2马尔可夫状态方程,利用计算机的二进制字节长度确定各种状态,开发出微型计算机计算分析程序,计算方法和程序在当时达到先进水平。

5 500kV GIS

(1)断路器开断能力。三峡电站装机台数多,单机容量大,相应的高压母线侧短路容量较大,在计算短路容量时,考虑机组全部投入运行,左岸电站母线分段断路器合同闸的工况,同时系统等值阻抗按2015年最大运行方式考虑,电站的500kV主变压器中性点采用经小电抗接地,控制550kV断路器的短路电流开断能力在63kA以内。

经计算左岸三相短路电流直流分量等值衰减时间常数为120m,峰值关合电流达171kA。按GIS招标时的IEC和GB标准,断路器开断直流分量衰减时间常数仅为45m,无法满足要求。直流分量的大小是直接影响断路器灭弧室是否能正常开断或发生多次重燃的一个重要参数,因而也影响过电压倍数。通过型式试验、或对断路器开断能力提高一级研究分析,确定断路器开断短路电流能力按提高一级80kA配置,并按交流分量63kA、直流分量衰减时间常数120ms的要求补充了型式试验,满足电站技术要求。

(2)过电研究。①雷电过电压及避雷器配置。三峡左岸电站550kV断路器共计39台,GIS出线径SF6/空气套管引出后连接阻波器、电容式电压互感器等敞开式设备,并与架空进线连接。高压侧雷电侵入波过电压需保护范围很大,如何有效地保护全部高压电气设备,又尽量减少避雷器的配置是攻关研究的关键课题。在GIS合同签定并获得了GIS各元件和其他相关设备以及线路的准确参数后,采用FLFX计算程序和EMTP计算程序对雷电过电压保护及避雷器配置进行了计算分析,设计优化了500kV避雷器配置方案,节省了8组GIS罐式避雷器,减少设资约2000万元。②操作过电压及合闸电阻配置。左岸3回至华中的线路长度约为150km,处于装设合闸电阻的临界值,采用EMTP程序计算研究了三峡至华中线路的各种运行工况过电压,并对三峡至万县线路的合闸、重合闸过电压进行了计算研究。根据计算结果,三峡左岸电站至华中线路潜供电流为6.87-15.05A,可采用快速单相重合闸。对合闸(重合闸)操作过电压的分析是利用统计计算进行的,根据最终的分析结果,三峡左岸电站至华中的3回出线可不设合闸电阻,节省了6组断路器合闸电阻,减少设备投资约1300万元。③快速接地开关合电容电流。快速接地开关应满足峰值关合能力、电容及电感电流开合能力。由于至川东及华中出线线路较长,且有一段采用双回共杆,根据IEC标准,并对线路参数(包括结构和电气参数)进行计算,最终选用500kV快速接地开关,开合电容电流能力为50kV、25A。为运行及维护安全,设计中将标准提高为开合电容电流能力为50kV、50A,并要求制造厂做型式试验验证。

上述技术要求及研究结论在实际运用均接受了考验,运行结果证实设计是安全可靠的。

6 三峡枢纽接地技术

三峡水利枢纽工程地处花岗岩区,电站装机数量多,单机容量大。如发生单相接地故障,接地装置入地电流可达33.3kA。按规范要求接地装置电位不超过2000V,三峡电站的接地电阻应不超过0.06Ω。当电站接地装置处在等效电阻率为1000Ωm时,按估算所需接地网面积将达700km2,这是不可能实现的,为此长江委对此进行了大量的专题研究。首先是编制计算电站复杂接地网和不同散流介质分布的接地电阻程序,建立三峡电站接地电阻计算模型,采用边界元算法计算电站接地电阻程序。对计算程序进行了沙池、电解槽和中型电站的实测验证,误差不超过10%。对三峡电站电阻率的选取是通过三峡临时船闸的测量计算而得,通过计算,三峡电站接地电阻为0.2Ω(初期)-0.168Ω(终期)。其次是接地装置电位值容许升高,通过对电力、控制电缆和继电器的大量试验,接电装置电位容许升高到5000V。三峡左岸电站为一厂运行时,接时装置电位不超过5000V,左岸电站一厂运行机组不超过11台分两厂运行才满足不超过5000V要求。接地装置电位超过2000V就要对接触、跨步电位差进行验算,采取隔离电位的措施,以及防止对低压设备的反击等。钢材接地装置具有闪电感,地网内电位差较大,为改善地网内部的电位差,敷设了几条铜质接地带以减小接地钢带上的电位差。

本技术的研究获得湖北省科技进步一等奖。

7 大电流封闭母线

三峡发电机--变电器采用单元接线,发电机主回路封闭母线的额定电流达26000A,如此大的电流所导致的电能损耗或导体发热是不容忽视的。为避免由于过热等问题所导致的封闭母线故障而直接影响到电站发配电系统的安全可靠运行,三峡电站封闭母线的合理设计方案是十分关键的。

为了减少损耗和提高发电机回路的可靠性,在保证厂用电及母线配套等设备连接的情况下,封闭母线的长度应尽可能短。三峡电站母线的布置充分考虑了这一原则,其母线PT和避雷器分别置于发电机制动开关装置和励磁变电器内,因此省去了PT/避雷器柜,而发电机制动开关装置也仅以T接头与主回路封闭母线连接,从而减少了相应的分支回路。主回路封闭母线每台机长约为30三相米,其中垂直段高约15.65m;分支回路母线的长度仅为3三相米(含厂用变压器分支)。

通过技术经济比较,推荐采用自然冷却方式,同时为保证封闭母线的运行可靠性,在水电站首次采用了微增压装置对母线进行微增压,将含汽空气杜绝在母线之外,确保了IPB的安全运行。

8 计算机监控系统总体设计

三峡电站计算机监控系统所需要监视和控制的对象是当今世界上已运行的水电站中最多的,必须对三峡--葛洲坝梯级进行防洪、发电、航运等方面的联合统一调度,并实现梯级优化运行。共涉及700MW机组32台、125MW机组21台(含2台大机)和50MW机组2台,总台数55台,总装机容量25215MW的6个电站厂房;各种排洪、泄洪闸门76扇;3座一级船闸和1座双线连续五级船闸和1座升船机。同时还必须准确、及时收集枢纽控制流域内的雨情、水情、气象等信息为枢纽运行管理服务。因此,综合自动化系统需将上述分布地域广阔的众多设备、众多信息进行监控和数据的自动采集,并组成一个信息畅通、监控自如、安全运行的综合自动化系统,实现了无人值班、少人值守、梯级优化调度、综合效益得到最大发挥的设计目标。

为此,长江委结合三峡--葛洲坝梯级枢纽的工程特点,对自动化系统的功能、系统结构、系统的主要技术特性、信息的传输等方面进行了研究攻关和多项专题的研究。结合科研和专题研究成果,在电站计算机监控系统总体设计时,确定了以下的设计原则:①设备出现故障时,以保设备安全为首要设计原则;②机组紧急事故且监控系统又出现故障时,保证运行人员有必要的停机手段;③监控系统与控制对象的协调;④监控系统与自动化元件的协调;⑤监控系统与厂内外相关系统之间的通讯接口协调;⑥高新技术与实用效益的协调;⑦设计与安装、运行和维护的协调;⑧近期与远期系统的协调。

目前三峡二期工程的可靠运行可以证明,三峡计算机监控系统是成功的,满足枢纽和电站的安全稳定运行要求。

本课题研究获2007年度湖北省科技进步三等奖。

9 励磁系统方案设计及干式励磁变压器研究

国内大型电站机组励磁系统在20世纪90年代及以前曾多次发生事故,甚至导致励磁设备烧毁,严重影响到电站的安全运行。

在磁场断路器参数的设计分析计算中,设计采用按额定分断能力的磁场断路器选择方法而不采用国内长期惯用的“弧压”选择方法,保证磁场断路器在发电机各种灭磁工况下可靠分断。在灭磁电阻容量及灭磁电压值的分析计算及设计方法。在发电机灭磁时间的要求及参数设计中,首次对发电机灭磁时间的求进行了定量分析,提出数值上的允许范围,改变了国内在此以前长期认为发电机灭磁时间不应小于1s的错误观点。这种不合理的灭磁时间要求,一度造成了灭磁条件的苛刻及不合理,导致灭磁系统的不安全。对大功率整流柜的通风冷却方式,在国内外首次采用与室内空调系统相结合的大密闭循环通风冷却方式,使功率整流柜有足够的冷风并使冷却风有最小的含尘量,从使用环境上保证了功率整流柜的安全可靠运行。对交流及直流侧均设置断路器励磁系统方案,此方案为国内外首次使用,它提高了灭磁系统的工作可靠性。

在励磁变压器参数的设计分析计算中,对国内容量最大的励磁变压器参数设计进行了全面分析,依据本设计分析研究成功的干式励磁变压器应用技术,获得湖北省科技进步二等奖。

10 发电机继电保护

三峡机组容量大、定子绕组分支多、定子接地电容大、机组台数多,而当时国内外又没有相关特大型机组发电机保护配置标准、规程、规范或具体要求。为此,设计时对继电保护设计的技术重点和难点进行了专题研究。

(1)发电机内部故障仿真计算分析。对发电机内部短路故障的保护配置,长期以来国内外千篇一律采用纵差保护和单元件横差保护,无法准备判断发电机内部故障。为了确保机组的安全稳定运行,根据发电机组的电气参数和结构参数、定子绕组展开图、机组短路特性曲线等建立计算机仿真计算模型,分别对发电机不安全差动保护、裂相横差保护、发电机零序电流横差保护(发电机不平衡保护)和安全纵差保护在发电机内部发生各种故障时的灵敏度行了仿真计算分析,最终确定三峡左岸电站发电机主保护的配置方案、发电机中性点侧分支引出方式、发电机中性点和主引出线侧保护用CT的选型及配置。

专题研究项目“三峡右岸电站发电机主保护计算咨询项目”,荣获2006年度湖北省科技进步二等奖。

(2)发变组保护用电流互感器选型及参数选择。对于特大型发电机变压器组,选择适当类型和参数的电流互感器,对保证继电保护设备正确动作至关重要。国内过去对500kV系统的保护用CT选用TPY型,但在发电机变压器组的保护中采用TPY型,CT几乎是空白。由于三峡左岸电站发电机组时间常数较大,在系统短路暂态过程中可能会出现电流互感器饱和,从而导致发变组保护设备误动或拒动。通过理论计算和分析,确定CT设计参数取Kn=Kssc Ktd为最大值作为设计条件,并控制暂态面积系数最大点的误差值ε满足小于10%的要求。

(3)发电机定子接地和转子接地保护。三峡机组容量大、定子绕组分支多、定子接地电容大,基于基波零序电压和三次谐波原理的保护存在死区和灵敏度不足的突出问题。经过多种方案综合研究比较,定子接保护选择了基于基波零序电压原理和外加电源注入式原理的方案,消除了故障隐患。

11 通信系统

三峡枢纽通信系统作为三峡枢纽、右岸电厂和葛洲坝大江、二江电厂与三峡梯级调度中心以及三峡开发总公司之间数据传输综合业务数字平台,承担着三峡梯级电站之间及其与电力系统之间的通信任务。在初步设计已审定的情况下,根据当时通信系统迅猛发展的新技术,长江委设计院及时进行相关的专题研究工作,首次在国内大型水电站枢纽系统中采用2.5Gbit/s SDH光纤自愈环和4×155Mbit/s SDH微波通信联合组建传输平台,实现了具有现代通信意义上的通信传输网、程控交换网及时钟同步网三大通信网络。在系统设计中采用如下的先进技术:①在大型水电枢纽工程中,采用4×155Mbit/s大容量数字微波通信技术和2×(2+1)保护方式尚属首次。②三峡SDH光纤通信环网(2.5Gbit/s)中,对重要业务提供了容量为4×155Mbit/s和155Mbit/s性能完善的数字微波通信备份电路,变现光纤有线与微波无线两种不同传输介质不中断业务倒换。③程控交换网内近10台程控交换设备之间真正实现了基于2M和PRI(30B+D)电路的中断互联。保证了三峡通下达的信息畅通。

12 五级船闸监控系统

三峡船渣为双线连续五级船闸,是我国首次设计的特大型多级连续船闸,其工程规模、设备数量和运行控制的复杂性都远远超过了国内外的任何船闸。

三峡船闸自动化运行监控技术的设计和研究,经历了前期研究、可行性论证、初步设计、单项技术设计和招标设计,以及同期配合进行的“前期”、“七五”、“八五”、“九五”科研攻关等几个阶段,直至设备制造、安装调试、试通航等长期工作过程。针对五级船闸复杂的运行工程,提出了保障五级船闸安全可靠运行的“硬件冗余、软件容错、安全可靠、功能完善、技术选进、经济实用”设计原则以及“集中管理、分散控制”的分布式集散结构控制系统设计方案,并重点对信中控制层与网络、现地控制层、检测元件进行了优化设计,使船闸自动化运行监控系统具有很高的可靠度。成功地解决了五级船闸适应三峡水库分期运行带来的大幅水位变化、双向运行、换向运行、变级数运行、补水/不补水运行、巨大超灌超泄、事故应对以及突发意外事件应急处理等一系列直接影响连续五级船闸是否成功运行的重大技术难题;自动控制系统采用多层分布式控制结构,既可集中自动方式运行或集中手动方式运行,也可在现地控制站进行手动操作。满足了三峡工程“一级开发,一次建成,分期蓄水,连续移民”的开发原则要求。

本课题研究成果获得了湖北省科技进步一等奖。

13 蜗壳保温保压装置设计

三峡水轮机蜗壳尺寸大小,单个蜗壳容积达到6000m3,经审定的浇筑蜗壳外围混凝土方式为保温保压方式。

根据水轮机座环柔度的要求,为保证机组的安全稳定运行,确定保压水头为70m。三峡一年四季自大气温差几十度,河水水温温差17℃,如何保证一年四季浇筑蜗壳时外围混凝土的受力是一致的,成了确定浇筑质量保证机组今后安全稳定运行的难题,在世界水电史上,这么大蜗壳进行保温保压浇筑混凝土是绝无仅有的。在此长江设计院进行了大量的分析研究,提出保温保压进行浇筑混凝土的方案设想,建立了蜗壳在保温过程中散热性能的数学计算公式,科学严密地进行翔实的仿真计算,确定了加温装置的配置及保持蜗壳内水温均匀的换水结构,推荐了循环加热均匀进水方案,保证了蜗壳在浇筑过程中的变形是恒定的。经实践的考验,在严寒的冬季,蜗壳内水温一昼夜的温差仅有1℃,保温保压装置完全满足浇筑混凝土的要求。

本课题研究成果获湖北省科技进步二等奖。

14 双线五级船闸消防设计

三峡船闸为双线连续五级船闸,是目前世界上规模最大、级数量多的船闸,可通过五吨级船队,远景单向下水货运量达5000万t,客运量390万人次。船闸总长度为1621m,每线船闸由6个闸首和5个闸室连续布置组成,每级船闸闸室之间用闸首分隔,每个闸首布置有两扇超大型钢质人字形闸门,单扇闸门的尺寸为20.2m×38.5×,是世界上最大的闸门之一。如闸室内油轮(驳)火灾及时扑灭在燃烧的闸室内。没有可依据的现存案例,长江设计院组织设计人员进行了科研攻关,最终提出国内外首创的船闸人字门正反两面水幕保护方案,并在三峡临时船闸人字门上进行现场实体水幕保护试验,对水幕喷嘴的喷射角度、喷水压力和流量等配置数据共进行了16种实体工况试验,并根据试验结果对常规喷嘴结构进行改造,使其完全满足船闸人字门水幕要求,提出了适应三峡船闸爬坡和消防功能要求的闸室专用泡沫消防车技术要求,在爬坡及行驶性能、消防水车/液罐容积比、泡沫炮的喷射角度与射程、高温辐射环境下消防车自保系统等方面作出了创新,能适应多级船闸闸室消防灭火需要;利用枢纽工区有利地形设置高、中位消防水池,形成自流分级供水的大流量常高压消防供水系统,确保消防供水可靠性。

本课题的研究获得了大禹科学技术二等奖。

基于上述三峡左右岸电站机电工程关键技术研究、设计方案及电站投入运行以来机电工程系统优异的表现,2008年三峡二期电设计获湖北省优秀设计一等奖。

作者简介:邵建雄,男,长江水利委员会设计院机电处处长,教授级高级工程师。

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