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（1.華電云南發(fā)電有限公司綠水河發(fā)電廠，云南個舊　661000；2.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州　310030）

綠水河二級站#4機水輪機提效增容改造研究及應(yīng)用

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（1.華電云南發(fā)電有限公司綠水河發(fā)電廠，云南個舊661000；2.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

2014年中國華電集團(tuán)公司提出，對老舊電廠特別是機組存在安全隱患的機組進(jìn)行提效增容改造，綠水河電廠通過對二級站#4機水輪機運行現(xiàn)狀進(jìn)行了分析研究，確定改造目標(biāo)和方案。經(jīng)過改造，機組額定容量增加13%，效率提高7%以上，此外改造大幅提高了水輪機運行穩(wěn)定性，延長了檢修周期，改造效果較好。

水輪機提效增容改造綠水河

云南省綠水河電站位于個舊市蠻耗鎮(zhèn)，二級電站裝機容量為57.5MW，設(shè)計年發(fā)電量3.3億kW·h。綠水河二級站#4機組水輪機為重慶水輪機廠制造，由于氣蝕及泥沙磨損較為嚴(yán)重，目前轉(zhuǎn)輪每個汛期基本都要進(jìn)行大修處理，運行多年來水輪機存在較多安全隱患。因此根據(jù)集團(tuán)公司提效計劃的要求，有必要對機組開展提效增容改造研究，特別是對轉(zhuǎn)輪升級改造，提高機組的安全經(jīng)濟運行水平，延長檢修周期。

1　設(shè)備概況

#4機組水輪機型號HL006-LJ-140，發(fā)電機型號：TSL-260/ 116-8，為立式金屬蝸殼混流式發(fā)電機組，尾水管錐體、彎肘段及出口擴散段組成。水輪機活動導(dǎo)葉16片，頂蓋經(jīng)過改造，為實心體，由48顆M 48×210的螺栓固定，頂蓋密封采用φ8mm的橡皮密封。尾水管錐體部分管壁厚度10mm，管徑由0.95m漸變到1.301m，肘部外弧最大壁厚25mm。出口段高由0.65m漸變到1.3m，寬3m。尾水出口設(shè)有尾水閘門，閘門尺寸3×2.5m（寬×高）。調(diào)速器型號為WDK-100，由長江控制設(shè)備研究所生產(chǎn)。

2　水輪機存在的問題

二級電站#4水輪機機投運至今已運行40年，期間一直未進(jìn)行過改造更新目前水輪機轉(zhuǎn)輪及其過流部件存在以下主要問題：

（1）水輪發(fā)電機組是上個世紀(jì)60年代的產(chǎn)品，受技術(shù)等條件限制，從結(jié)構(gòu)到轉(zhuǎn)輪的水力性能都相對落后。（2）由于綠水河泥沙含量比較大，而且機組轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)葉磨蝕、空蝕情況較為嚴(yán)重，基本個汛期過后都要進(jìn)行大修處理。（3）水輪機效率低下，根據(jù)效率試驗顯示水輪機最高效率為84.88%，低于87%的設(shè)計值，目前的設(shè)計制造水平，混流式水輪機效率完全可以達(dá)到92%以上。（4）水輪機導(dǎo)葉磨損嚴(yán)重，漏水量較大，導(dǎo)水性能嚴(yán)重降低，影響水輪機的效率。

#4機組水力特性試驗計算匯總表1所示。

3　改造目標(biāo)

（1）提高水輪機運行穩(wěn)定性。提高水輪機的運行穩(wěn)定性，尤其是在高水頭額定負(fù)荷附近的運行穩(wěn)定性，減小振動及降低噪音，提升水輪機過流部件的抗汽蝕、抗磨蝕能力，延長機組檢修周期。（2）水輪機效率有較大幅度提高。水輪機技術(shù)改造后，效率有較大幅度的提高，與原型號HL006-LJ-140轉(zhuǎn)輪相比，新轉(zhuǎn)輪最大效率提高約7%以上。（3）適當(dāng)?shù)脑龃蟪隽Α?4水輪機原額定出力為15MW，技術(shù)更新改造后，額定出力17MW，最大出力預(yù)計可達(dá)18MW左右，增大出力幅度約為20%。

4　改造方案分析

4.1水輪機選型研究

綠水河二級水電站水頭在295～331m之間，屬高水頭混流式電站，泥沙含量較大；#4機轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)為17片，導(dǎo)葉為16片，在某些特性情況下可能引起動靜態(tài)干涉，影響機組的穩(wěn)定性，且綠水河二級水電站在枯水季節(jié)時，水輪機常運行在低負(fù)荷段，因此，不能選用過流能力太大的轉(zhuǎn)輪。為提高轉(zhuǎn)輪的整體剛度和強度，提高轉(zhuǎn)輪的使用壽命，高水頭多泥沙電站，宜采用長短葉片結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)輪，其特點是流道水力性能好，可避免或減少流道中產(chǎn)生回流，葉片受壓面積增加，單位面積負(fù)荷減輕，葉片正、背面壓差減小，因此，不僅效率高，而且空化性能和運行穩(wěn)定性也得到改善。因此，在條件允許的情況下，盡量選用長短葉片型轉(zhuǎn)輪，一般的長短葉片型轉(zhuǎn)輪有15張長葉片，15張短葉片，可有效避免動靜態(tài)干涉等現(xiàn)象。適當(dāng)對轉(zhuǎn)輪葉片出水邊進(jìn)行加厚處理，可使轉(zhuǎn)輪維持到汛期后進(jìn)行修補，同時進(jìn)行適當(dāng)?shù)箞A，避免產(chǎn)生卡門渦?？蛇m當(dāng)增加導(dǎo)葉高度，降低導(dǎo)葉處的流速，以減輕導(dǎo)水機構(gòu)的磨損。

4.2結(jié)構(gòu)加強設(shè)計

（1）導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)設(shè)計：導(dǎo)葉采用AOD超低碳精煉ZG06Cr16Ni5Mo材質(zhì)，導(dǎo)葉葉型增加抗磨蝕裙邊，并采用全方位CNC數(shù)控加工。導(dǎo)葉端面和正面的表面粗糙度為Ra1.6，外側(cè)面為Ra3.2，表面經(jīng)過硬化處理，硬度不低于280HB，以提高抗磨蝕能力。導(dǎo)葉數(shù)增加至20個，并適當(dāng)調(diào)整導(dǎo)葉分布圓直徑，盡量與水輪機模型吻合，提高水輪機的綜合效率。（2）轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)及密封：正確選擇水輪機止漏環(huán)的位置，避

表1　#4機組水力特性試驗計算匯總表

············免泥沙顆粒聚積在止漏環(huán)的進(jìn)口和出口，并防止在離心力的作用下，使泥沙顆粒堆積量增加，使上下止漏環(huán)磨損。轉(zhuǎn)輪上冠采用梳齒密封，下環(huán)采用階梯式密封，上冠、下環(huán)密封處在同一徑向位置上，使上、下水力平衡。（3）抗磨板及其厚度：頂蓋、底環(huán)與導(dǎo)葉上、下端面的對應(yīng)部位設(shè)置抗磨板，材質(zhì)為S13-5，并具有足夠的寬度和厚度。（4）尾水錐管修型：原尾水錐管上段經(jīng)常發(fā)生磨蝕，每次檢修都需花費大量的時間進(jìn)行處理。同時，為配合新轉(zhuǎn)輪出口尺寸，將原尾水錐全部更換，并采用S13-5不銹鋼材質(zhì)。

5　改造后運行水平對比分析

本次改造工程2016年3月8日-3月30完成，改造后機組運行狀況得到了明顯的提高，主要表現(xiàn)指標(biāo)如下：

（1）出力及效率：效率試驗表明單機額定出力可達(dá)到17MW，超發(fā)可達(dá)18MW以上，增大出力幅度約為20%；改造后額定點效率達(dá)到91%，最大效率92%，最大提高了7%以上。（2）穩(wěn)定性：穩(wěn)定性試驗表明（振動擺度、瓦溫）均正常（3）抗磨蝕性：通過對機組導(dǎo)水機構(gòu)、轉(zhuǎn)輪及尾水管的檢查，機組運行兩個月來，過流部件未見明顯的汽蝕和磨蝕痕跡，新技術(shù)和材料有效提升水輪機過流部件的抗磨蝕能力，可延長水輪機的檢修周期。

6　結(jié)語

綠水河二級發(fā)電站#4機通過水輪機改造后，整臺機組的健康狀況得到徹底改善，確保了發(fā)電機組的安全、穩(wěn)定運行，提高了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，從而提高了發(fā)供電質(zhì)量，因此，本工程的改造工作效果明顯、經(jīng)濟可觀。

［1］王國海，陶星明.水輪機增容改造與新技術(shù)的應(yīng)用［J］.大電機技術(shù)，2001（S1）.

［2］長金全，蘭舟.云南綠水河二級電站4號水輪機增容技術(shù)改造效果分析［J］.中國水能及電氣化，2013（5）：40-45.