小型水电站 · Francis
1570 kW
H 80 m · Q 2.5 m³/s · η 80% · 2000 kW 发电机
📦 物料清单
| 设备 | 型号 | 规格 | 数量 |
|---|
| 水轮发电机组 | 1570 kW | Francis · H 80 m · Q 2.5 m³/s · η 80% · 含调速器+励磁 · 外购件 | 1 |
| 升压变压器 | 2222 kVA | 0.4/10 kV · 油浸式（GB/T 17467）· >1600 kVA 超出目录范围 | 1 |
| 环网柜（RMU） | 10 kV | SF6 环网柜 630 A · 4 回路 · 10 kV | 1 |
| 低压开关柜 (GGD) | 0.4 kV | 进线断路器 + 馈线 · 完整柜体 | 1 |
| 保护与控制（二次） | 继电器 | 微机型保护 50/51/51N + 计量 + SCADA 接口 | 1 |
| 压力管道与前池（进水口） | H 80 m | 压力管道 + 进水前池 + 拦污栅 · 土建/钢制 (引水系统) | 1 |
| 进水闸门及启闭机 | 闸门 | 进水闸门 + 启闭机 · 手动 / 电动操作 | 1 |
| 蝶阀 / 闸阀 | DN632 | 压力管道隔离阀 (闸阀/蝴蝶阀) · DN 按 Q 选型 | 1 |
| 尾水渠 | 土建 | 尾水渠 / 尾水管出流（尾水渠）· 现场土建工程 | 1 |
| 电力电缆 | 低压/中压 | 发电机引线 + 高压馈线电缆（升压距离 2 km）· 分段敷设 | 1 |
| 控制与仪表电缆 | 控制 | 调速器/励磁/SCADA 控制电缆（控制电缆分段） | 1 |
| 接地与防雷 | 接地 | 站区接地网 + 避雷针 + SPD 配合 | 1 |
| 站用电 | 辅助 | 厂用电、直流系统、照明、火灾报警 | 1 |
| 摘要 |
|---|
| 估算总计（青岛 FOB、EXW）— 已计价设备 | POA |
📐 单线图（回路级）
⚙️ 水电站系统示意图（进水口 → 水轮机 → 发电机 → 升压 → 电网）
🛡 升压变电站主接线（保护配置）
⛰ 进水口与压力管道剖面（前池 → 拦污栅 → 压力管道 → 水轮机 → 尾水渠）
🏭 厂房平面布置图（机组段 / 调速器 / 控制屏 / 升压 / 尾水）
🛡 发电机与线路保护 + 计量（CT/PT 位置）
📊 水能计算（P = ρ·g·Q·H·η）
| 参数 | 数值 |
|---|
| 设计水头 H | 80 m |
| 设计流量 Q | 2.5 m³/s |
| 水轮机效率 η | 80% |
| 输出功率 P = 9.81 × Q × H × η | 1570 kW |
| 枯水期出力（40% 流量） | 628 kW |
| 丰水期出力（130% 流量） | 2000 kW（受发电机限制） |
🎛 水轮机与发电机选型（H/Q准则）
| 参数 | 数值 |
|---|
| 水头范围 | 80 m → Francis |
| 选型规则 | 冲击式 >200 m · Francis 30–200 m · Kaplan <30 m |
| 串联系数 | ×1（Francis） |
| 发电机（标准） | 2000 kW (2222 kVA @ pf 0.9) |
| 发电机效率 | 95% |
🏭 升压变电站方案
| 参数 | 数值 |
|---|
| 低压侧 | 0.4 kV 发电机母线 → GGD 进线 |
| 升压 | 2222 kVA · 0.4/10 kV (GB/T 17467) |
| 高压开关柜 | 环网柜（RMU）· SF6 RMU 630 A · 4 回路 · 10 kV |
| 并网 | 本地 10 kV 接入 |
📈 年发电量与容量系数
| 参数 | 数值 |
|---|
| 容量系数（CF） | 50%（可调 20–70%） |
| 年发电量 | 6,875 MWh/年 |
| 满负荷小时数 | 4380 h/yr |
| 平准化度电成本（示意） | $16.7/MWh |
💧 季节性出力范围（枯水期 / 丰水期）
| 参数 | 数值 |
|---|
| 枯水期（40% Q） | 628 kW |
| 丰水期（130% Q） | 2000 kW |
| 发电机额定功率上限 | 2000 kW |
| 确定的设计依据 | 采用现场流量历时曲线（水文研究） |
🔧 运维要点
| 参数 | 数值 |
|---|
| 转轮 / 蜗壳 | 检查空化与侵蚀 |
| 调速器与励磁 | 定期校准 |
| 轴承 / 密封件 | 润滑与泄漏检查 |
| 拦污栅 | 定期清理（杂物） |
| 变压器油 | 按 GB/T 7252 进行 DGA 取样 |
| 维护周期 | ≈2 000–4 000 运行小时（Francis） |
📏 依据标准
| 主题 | 标准 |
|---|
| 水轮机模型试验 | IEC 60193 — 水轮机（模型验收试验） |
| 现场验收 | IEC 60041 — 水轮机现场验收试验 |
| 水轮发电机 | GB/T 15468 — 水轮发电机基本技术条件 |
| 升压变压器 | GB/T 1094 — 电力变压器 |
🧮 计算方法
1. 输出 P = ρ·g·Q·H·η = 9.81 × 2.5 × 80 × 0.80 = 1570 kW
2. 水轮机类型：H = 80 m → Francis（冲击式 >200 m · Francis 30–200 m · Kaplan <30 m）
3. 发电机：1570 kW ÷ 0.95 → 标准 2000 kW（2222 kVA @ 功率因数 0.9）
4. 升压：0.4 kV → 10 kV
5. 年发电量 = 1570 kW × 8760 h × CF 0.50 = 6,875 MWh/年
6. 季节性出力：枯水期 628 kW（40% 流量）~ 丰水期 2000 kW（130% 流量）
7. LCOE = (CAPEX×CRF + OPEX) ÷ 发电量 = $16.7/MWh（示意，交钥匙系数 1.6）
📋 设计说明
计价依据： 水轮发电机组按水轮机组参考价每千瓦计价（青岛离岸价，整机含调速器 + 励磁；草稿，待最终审核）。升压变压器采用箱式变电站目录（≤1600 kVA）；更大容量及 35 kV 开关柜按项目报价（POA）。
取水口与土建工程： 压力管道/前池、进水闸门、蝶阀、尾水及电站辅助工程属土建/机械范围，按项目报价（POA）——它们很大程度上取决于现场水头、地质和进水口布置。
容量系数： 年发电量采用容量系数法（默认 50%，可调 20–70%）。实际水电出力取决于季节性流量历时曲线，须结合现场水文资料核实。
季节性出力： 枯水期参考出力 ≈628 kW（40% 设计流量），丰水期出力 ≈2000 kW（130% 流量，受发电机额定容量限制）。确定设计方案请使用流量历时曲线。
LCOE 计算依据（示意）： 全成本 LCOE 将 CAPEX 按 7% 折现率在 30 年内年金化，并加上每年 2% 的运维成本。交钥匙系数 1.6 涵盖土建（取水口、压力管道、厂房）、安装及调试——实际成本因现场差异很大。
离网模式： 并网模式将全部发电量售给电网。
运维： 日常运维：转轮/蜗壳检查、调速器校准、轴承与密封维护、拦污栅清理及变压器油取样。Francis 机组的检修间隔通常为 2 000–4 000 运行小时。
设计复核： 此为初步选型。采购前须由持证水工工程师核实水轮机选型、压力管道水头损失、汽蚀裕量和发电机保护。