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        藍(lán)海水電站水輪機主要參數(shù)選擇探討

        2017-07-05 15:15:26
        黑龍江水利科技 2017年4期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計

        李 亮

        (江西省贛西土木工程勘測設(shè)計院,南昌 330000)

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        藍(lán)海水電站水輪機主要參數(shù)選擇探討

        李 亮

        (江西省贛西土木工程勘測設(shè)計院,南昌 330000)

        藍(lán)海水電站工程壩址上下游水頭差較大,所以在其水輪機參數(shù)的選擇方面必須綜合考慮安裝高程、轉(zhuǎn)輪直徑和轉(zhuǎn)速、吸出高度參數(shù)外,影響水輪機性能的相關(guān)參數(shù)還包括外網(wǎng)跳閘導(dǎo)致水輪機負(fù)荷瞬間減小而轉(zhuǎn)速瞬間增加的過速情況,水輪機的機械振動、電磁振動和水力振動,水輪機組軸承溫度,軸承瓦襯剛度及瓦面材質(zhì)的選擇等方面。在進(jìn)行水電站規(guī)劃設(shè)計時,必須通過對多種水輪機選型方案進(jìn)行綜合比選并進(jìn)行設(shè)計實驗,保證水電站的穩(wěn)定運行及經(jīng)濟效益與社會效益的最好發(fā)揮。

        水電站;水輪機;主要參數(shù);選擇

        1 水電站概況

        藍(lán)海水電站工程閘壩最大過流流量為3365m3/s,河床式水電站裝機2200kW。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)相關(guān)規(guī)定,本樞紐工程為大(2)型水閘,電站為小(2)型水電站,工程等別為Ⅱ等,其主要建筑物為2級,上下游防洪建筑物及次要建筑物均為3級,發(fā)電廠房擋水部分建筑為2級建筑物,其余部分為5級建筑物。

        藍(lán)海水電站工程壩址上下游水頭差較大,具備開發(fā)水電站的條件,電站建成后,可充分利用四級抬水工程所產(chǎn)生的水電能源,向宜春電網(wǎng)提供廉價、清潔的電能,有利于緩解電力供需矛盾,促進(jìn)宜春市的經(jīng)濟發(fā)展。本電站是抬水樞紐工程的一個組成部分,其規(guī)模的選定必須服從抬水工程開發(fā)宗旨且與主體工程規(guī)模一致。

        本電站上游無調(diào)節(jié)水庫,不具備調(diào)峰的條件,故本電站在電力系統(tǒng)中基本擔(dān)任基荷運行。根據(jù)電站裝機容量的比選,從徑流及水頭指標(biāo)來看,電站裝機容量宜選擇2200kw,為日調(diào)節(jié)水電站,電站多年平均發(fā)電量1100萬kW·h。

        2 水輪機主要參數(shù)選擇

        2.1 水輪機選型原則

        在水電站水輪機組其他參數(shù)(如水頭、裝機容量等)確定之后,必須進(jìn)行水輪機的選型設(shè)計,其設(shè)計好壞與水電站施工、投資及經(jīng)濟效益與社會效益的發(fā)揮有直接關(guān)系,要求水輪機選型必須在設(shè)計水頭和流量變化范圍內(nèi)進(jìn)行,并保證選型完成后能得到最佳的動力效益及機組運行的穩(wěn)定可靠、抗汽蝕等性能。

        藍(lán)海水電站初擬裝機2200kW,根據(jù)運行水頭和引用流量,選擇4臺GD008—WZ—180型軸伸貫流式水輪機發(fā)電機組,發(fā)電機型號SFW550—32/2150。電站的廠用電出線兩回,分接于I段,II段母線,當(dāng)一回斷電時,另一回可自控(或手動)投入,當(dāng)電站不發(fā)電時,由主變倒送供電。

        2.2 水輪機選型主要參數(shù)選擇

        根據(jù)水文水能計算成果,結(jié)合水工建筑物的布置情況,電站所能獲取的水頭變化范圍在2.1-4.5m之間,加權(quán)平均水頭為4.1m,引用流量73.5m3/s,在該水頭段及流量參數(shù)下,能適應(yīng)這些參數(shù)的機組有軸流式機組與貫流式機組,分別選擇GD008-WZ-180(φ=21°)型軸伸貫流式機組與ZDJP475a-LH-200型軸流式機組兩種水輪發(fā)電機組方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟比較。確定彭家坊水電站裝機為4×550kW方案。根據(jù)運行水頭和引用流量,選擇4套GD008-WZ-180(φ=21°)型軸伸貫流式水輪機發(fā)電機組,發(fā)電機型號SFW550-32/2150,其額定出力為598kW,額定水頭為4.1m,額定流量為16.86m3/s,額定轉(zhuǎn)速為187.5r/min。

        2.2.1 水輪機安裝高程計算

        水輪機安裝高程的最大可能取值[1]的計算為:

        ▽△安=▽尾+H吸-D/2

        (1)

        式中:▽安為水輪機安裝高程,m;△尾為發(fā)電尾水位的設(shè)計最低值,m;令▽尾=73.40m;H吸為水輪機吸出高度,根據(jù)廠家提供資料H吸=1.2m;D為水輪機轉(zhuǎn)輪直徑,取D=1.80m;則最大安裝高程▽安=△尾+H吸-D/2=73.40+1.2-1.80/2=73.7m。水輪機設(shè)計安裝高程取73.0m,經(jīng)廠家復(fù)核,該安裝高程是適宜的。

        2.2.2 水輪機轉(zhuǎn)輪直徑

        在進(jìn)行水輪機設(shè)計參數(shù)的選擇確定時,轉(zhuǎn)輪直徑是核心要素[2],因其取值的高低直接決定水輪機的性能好壞,通俗來講,轉(zhuǎn)輪的型式?jīng)Q定著水輪機型式,且直接影響水輪機出力水平和最可能適用的水頭以及廠房尺寸與構(gòu)造,水輪機轉(zhuǎn)輪直徑DI通過下式計算:

        (2)

        式中:N為水輪機額定出力最大值,且N=N電/η電,N電為水輪機組中發(fā)電機額定功率,kW,η電為發(fā)電機效率,其取值在95%-98%;H為水輪機設(shè)計水頭,m;QI為水輪機綜合特性曲線高效區(qū)的單位流量值,m3/s;η為水輪機原型效率,其原型效率最大值ηmax=ηMmax+△η,(ηMmax為模型最大效率,△η為原型效率修整系數(shù))。

        2.2.3 水輪機轉(zhuǎn)速

        確定水輪機轉(zhuǎn)速必須結(jié)合具體工況,將水輪機與所適配發(fā)電機直接進(jìn)行連接,為保證適配性能的一致性,必須保證其與發(fā)電機組額定轉(zhuǎn)速保持一致,且轉(zhuǎn)速n通過下式計算:

        (3)

        式中:n10為原型水輪機單位轉(zhuǎn)速的最佳值,r/min,其取值須對模型最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速值進(jìn)行修訂而求得;Hs為水電站設(shè)計水頭,m。

        在計算出水輪機轉(zhuǎn)輪直徑與轉(zhuǎn)速后必須進(jìn)行取值的檢驗,完全符合上述選型原則后方可采用。具體過程為首先結(jié)合所求得的轉(zhuǎn)輪直徑與轉(zhuǎn)速,按照與原模型相匹配原理,分別求得水頭最大和最小兩種工況下的單位轉(zhuǎn)速,并代入模型對應(yīng)求出電站出力最大值與最小值情況下的流量,利用這四個量便可通過繪制模型綜合特性曲線進(jìn)而得出水輪機可能的工作范圍,如果該范圍內(nèi)存在高效率區(qū),則表明參數(shù)取值完全合理,否則應(yīng)改變參數(shù)取值重復(fù)進(jìn)行上述驗算,直到理想結(jié)果出現(xiàn)為止[3]。具體見表1。

        表1 國內(nèi)外水輪機轉(zhuǎn)速及其余主要參數(shù)的取值

        注:比速系數(shù)K=nHr0.5。

        2.2.4 水輪機吸出高度

        (4)

        式中:kσ為水輪機吸出過程中汽蝕安全系數(shù),取值為1.15-1.25;σ為汽蝕系數(shù),通過水輪機模型試驗測得,且σ越大則水輪機內(nèi)動力真空體積越大,汽蝕產(chǎn)生的概率較大,機組安裝高程會降低,增加水電站基礎(chǔ)開挖的困難度。

        2.3 藍(lán)海水電站水輪機主要參數(shù)

        經(jīng)過上述各個參數(shù)類型的優(yōu)化設(shè)計并結(jié)合水電站招投標(biāo)協(xié)議要求與模型設(shè)計規(guī)劃情況,最終確定藍(lán)海水電站水輪機主要參數(shù)取值見表2。

        表2 藍(lán)海水電站水輪機主要參數(shù)

        3 結(jié) 論

        水電站水輪機組參數(shù)的選擇對水電站能否正常運行及經(jīng)濟社會效益能否發(fā)揮關(guān)系重大,除了本文所研究的安裝高程、轉(zhuǎn)輪直徑和轉(zhuǎn)速、吸出高度參數(shù)外,影響水輪機性能的相關(guān)參數(shù)還包括外網(wǎng)跳閘導(dǎo)致水輪機負(fù)荷瞬間減小而轉(zhuǎn)速瞬間增加的過速情況,水輪機的機械振動、電磁振動和水力振動,水輪機組軸承溫度,軸承瓦襯剛度及瓦面材質(zhì)的選擇等方面,總之在進(jìn)行水電站規(guī)劃設(shè)計時,必須通過對多種水輪機選型方案進(jìn)行綜合比選并進(jìn)行設(shè)計實驗,保證水電站的穩(wěn)定運行及經(jīng)濟效益與社會效益的最好發(fā)揮。

        [1]代朝科.水電站水輪機選型設(shè)計中主要參數(shù)的確定[J].水利規(guī)劃與設(shè)計,2015(08):72-73,108.

        [2]馬彩萍,宋建英.積石峽水電站水輪發(fā)電機組參數(shù)選擇[J].水力發(fā)電,2011,37(11):40-42.

        [3]苑連軍,劉慧鳳,田樹棠.黃河拉西瓦水電站水輪機主要參數(shù)選擇設(shè)計[J].西北水電,2009(02):49-52.

        1007-7596(2017)04-0095-03

        2017-03-06

        李亮(1981-),男,山東桓臺人,工程師,從事小型水電站泵站機電設(shè)計工作。

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