鄧 濤，曹曉英，劉洪強

(四川省都江堰人民渠第二管理處，四川 德陽，618000)

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星火電站增效擴容水輪機改造方案分析

鄧 濤，曹曉英，劉洪強

(四川省都江堰人民渠第二管理處，四川 德陽，618000)

星火電站運行已20年，存在設(shè)備老化、效率低，技術(shù)落后等安全隱患。為達到增效擴容的目的，本文僅改造工程中水輪機的改造方案進行比較，選擇出最佳性能的轉(zhuǎn)輪型號。

星火電站 增效擴容 水輪機 改造方案 轉(zhuǎn)輪選擇

1 工程概況

星火電站位于中江縣瓦店鄉(xiāng)建渠村境內(nèi)，人民渠七期干渠50+577m左岸，于1994年建成發(fā)電，裝機容量2×3600kW。多年來電站平均利用4090h，年平均發(fā)電量為2940萬kW·h。電站的開發(fā)任務(wù)是“以電養(yǎng)水”促進大型灌區(qū)水利工程的良性運行，同時為地處偏遠鄉(xiāng)村的灌區(qū)人民提供電力支持，解決他們生產(chǎn)生活中的能源需求。

電站設(shè)計水頭87.35m(2011年12月實測水頭88.65m)，設(shè)計引水流量Q引=10.26m3/s。電站安裝二臺HL180-LJ-84型水輪機，其轉(zhuǎn)輪直徑D1=840mm，轉(zhuǎn)速n=750r/min，設(shè)計水頭Hr=87.35m，設(shè)計流量Q=10.26m3/s。

星火電站增效擴容，計劃更換高效水輪機，更換定子、轉(zhuǎn)子線圈，使其絕緣達到F級；更換勵磁變壓器和主變壓器，使電壓、容量達到發(fā)電機增容的要求；并更換調(diào)速器等設(shè)備。本文只對改造過程中的水輪機選型方案進行分析。

2 額定水頭及裝機容量確定

在水輪機改造選型過程中，需要首先確定水頭及裝機容量。2011年電站實測毛水頭88.65m，在流量10.26m3/s的情況下，沿程水頭損失為1.72m，工作水頭大約是88.65-1.72=86.93m；在流量為11.4m3/s的情況下，沿程水頭損失為2.1m，工作水頭約為86.55m。

根據(jù)以上分析，我們?nèi)∷啓C的額定水頭為87.35m。根據(jù)增效擴容相關(guān)文件要求，結(jié)合本電站具體情況以及電站多年來水文數(shù)據(jù)資料，初步擬定本電站水輪發(fā)電機組改造后機組單機出力要達到3900kW，其增容幅度為8.3%，即額定水頭為87.35m，額定容量為2×3900kW。

3 水輪機增容技改要求

在電站原導(dǎo)水機構(gòu)、埋入部分不變的情況下，利用新型高效轉(zhuǎn)輪替換原HL180-LJ-84型轉(zhuǎn)輪，新轉(zhuǎn)輪應(yīng)與原流道匹配。同時，發(fā)電機組出力為3600kW的工況，應(yīng)位于水輪機最高效率區(qū)，水輪機額定出力應(yīng)滿足發(fā)電機額定出力增容到3900kW的要求。

4 水輪機轉(zhuǎn)輪選擇

4.1 擴容后轉(zhuǎn)輪型號選擇

星火電站水頭范圍86.91m～88.26m，適合本電站的機型為混流式水輪機。適合本電站水頭段且運用較多的混流式機組型號主要有HLJF2057A和HL180/D06A，其詳細數(shù)據(jù)見表1和表2。

表1 水輪機模型主要參數(shù)比較

表2 混流式水輪機主要參數(shù)比較

由表1與表2各項數(shù)據(jù)分析得出，方案一額定工況點效率較高，較方案二高2%，且運行區(qū)域包含了較多的高效區(qū)，其加權(quán)平均效率將高于方案二，有利于提高年發(fā)電量；方案一比方案二的空蝕系數(shù)小，空化性能較好，吸出高度為正。

綜上所述，本階段推薦方案一HLJF2057A-LJ-84轉(zhuǎn)輪。該轉(zhuǎn)輪水輪機效率高，轉(zhuǎn)輪直徑小，在150m以下水頭段使用得較多，制造和使用經(jīng)驗也比較成熟。

4.2 擴容后機組臺數(shù)選擇

根據(jù)增效擴容電站的政策要求，技改電站機組臺數(shù)原則上不變，故星火電站機組臺數(shù)維持原臺數(shù)不變，為2×3900kW。

4.3 選擇方案水輪機參數(shù)計算

4.3.1 額定轉(zhuǎn)速JF2057A-LJ-84保持原轉(zhuǎn)輪n=750r/min不變。

4.3.2 額定工況參數(shù)

Hr=87.35m，Qr=5.18m3/s，

ηp=92.50%，

水輪機出力P水=9.81Qr.Hr.ηp=4105kW

(取發(fā)電機效率ηm=95%)

發(fā)電機出力=P水.ηm=3900kW

4.3.3 吸出高度

取汽蝕安全系數(shù)k=1.8，則工況過流量為5.7m3/s、水頭為86m時，水輪機要求的吸出高度Hs=+1.5m(未計入海拔高程的影響)。

4.3.4 最高飛逸轉(zhuǎn)速

JF2057A型水輪機模型最高單位飛逸轉(zhuǎn)速n11Rmax=120r/min，在最高水頭86.7m下，原型水輪機最高飛逸轉(zhuǎn)速nRmax=1330r/min。

4.3.5 軸向水推力

JF2057A型水輪機模型軸向水推力系數(shù)K=0.2～0.26，在最高水頭86.7m下，原型水輪機最大軸向水推力為122.5kN。

5 機組安裝高程復(fù)核

根據(jù)現(xiàn)場測量及計算，原機組吸出高度Hs=-1.65m，改造后采用HLJF2057A-LJ-84水輪機，其吸出高度Hs=+1.5m,機組安裝高程為457.827m。本次技改在不動土建情況下，保持原機組安裝高程較為合理，原機組安裝高程為改造后水輪機吸出高度提供了一定的富余度，對改善機組汽蝕性能創(chuàng)造了條件。因此，原機組安裝高程滿足增效擴容后機組設(shè)計要求，即改造后電站機組安裝高程仍為457.827m。

6 改造前后水輪機性能比較

水輪機轉(zhuǎn)輪HL180-LJ-84與HLJF2057A

-LJ-84，改造前、后各項性能參數(shù)比較見表3。

表3 改造前后水輪機主要參數(shù)比較

從表3可以看出，機組改造前，水輪機過流量較低，效率不高，吸出高度為負，導(dǎo)致機組抗氣蝕性能較差。改造擴容后，采用HLJF2057A-LJ-84轉(zhuǎn)輪，過流量大，且額定效率增加1.5%左右，大幅度提高了水能利用率，臨界空化系數(shù)較小，吸出高度為正。同時，轉(zhuǎn)輪整體采用馬氏體不銹鋼材質(zhì)(06Cr13Ni4Mo)制作，大幅度提高了水輪機的抗氣蝕、抗泥沙磨損的性能。

7 結(jié)語

通過分析可以得出結(jié)論，HLJF2057A-LJ-84水輪機過流量大，額定效率高，臨屆空化系數(shù)較小，吸出高度為正，符合星火電站增效擴容項目改造要求。項目建成后，電站設(shè)計引水流量為10.26m3/s，總裝機容量為7800kW，較改造前增加了600kW，增幅8.3%；年發(fā)電量3190萬kW·h，較改造前增加21.2%，裝機年利用小時4090h。電站增容后，可減輕中江縣系統(tǒng)的供電壓力，并將帶動地方工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進地方基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，改善農(nóng)民生產(chǎn)生活條件，增加社會就業(yè)機會，促進地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，促進大型灌區(qū)水管單位良性運轉(zhuǎn)。

鄧 濤(1975-)，男，本科，工程師。

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TM312：TM306

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2095-1809(2015)01-0062-03