楊尚宇　劉紹謙　王文先

摘 要：蘭州市水源地建設工程是以供水為主、發(fā)電為輔的工程，機組主要作用是消能，裝機容量確定及機組選型均有別于常規(guī)電站項目。本文詳細論述了本工程的設計思路，可為同類型項目提供一定的設計參考。

關鍵詞：水源地建設工程;調(diào)流調(diào)壓站;裝機容量;機組選型

中圖分類號：TV554 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）32-0101-02

Unit?Selection?Design?of?Pengjiaping?Regulating?Station?of?Water

Source?Construction?Project?in?Lanzhou

YANG?Shangyu LIU?Shaoqian WANG?Wenxian

（Yellow?River?Survey，?Planning，?Design?and?Research?Institute?Co.，?Ltd.，Zhengzhou?Henan?450000）

Abstract：?The?water?source?construction?project?in?Lanzhou?city?is?mainly?water?supply，?followed?by?power?generation.?The?main?function?of?the?unit?is?energy?dissipation.?The?determination?of?installed?capacity?and?unit?selection?are?different?from?conventional?power?station?projects.?In?this?paper，?the?design?idea?of?the?project?was?discussed?in?detail，?which?could?provide?some?design?reference?for?the?same?type?of?project.

Keywords：?water?source?construction?project;flow?regulation?station;installed?capacity;unit?selection

1 工程概況

蘭州市水源地建設工程是為了將劉家峽水庫作為引水水源地向蘭州市供水。彭家坪支線調(diào)流調(diào)壓站消能設施布置在分水井的下游，距離分水井處約300.0m，分水井與取水口之間為長31.29km的有壓輸水隧洞。彭家坪支線調(diào)流調(diào)壓站的主要功能是將水流的富余能量消除，使水流可自流至彭家坪水廠。水輪發(fā)電機組以滿足流量供應為主，流量調(diào)節(jié)是其主要職責，發(fā)電效益次之。

2 調(diào)流調(diào)壓站基本參數(shù)

校核洪水位為1?738.00m，正常蓄水位為1?735.00m，最低發(fā)電水位為1?717.00m，死水位為1?694.00m;正常尾水位（流量Q=15.0m3/s）為1?639.00m，一臺機滿發(fā)尾水位（流量Q=5.0m3/s）為1?637.85m;最大水頭為101.00m，水輪機發(fā)電最小水頭為73.40m，極限最小水頭為50.40m，加權平均水頭為81.20m;近期引水流量為11.6m3/s，遠期引水流量（遠期）為15.5m3/s，彭家坪水廠水處理能力為（4×2.95）m3/s。

3 裝機容量選擇

裝機容量的確定有別于常規(guī)的發(fā)電項目。為充分利用水輪發(fā)電機組發(fā)電，選型時應保證理論計算的水輪機總流量大于供水流量。根據(jù)混流式水輪機運行特性及水頭變幅，水輪機最大流量發(fā)生在額定水頭工況，但由于發(fā)電機出力限制，水輪機最小流量發(fā)生在最大水頭工況（101m）[1]。為此，對于不同的裝機臺數(shù)，水輪機最大水頭時的流量應不小于11.6m3/s，確定調(diào)流調(diào)壓站總裝機容量為10.5MW，即3×3.5MW方案。

4 額定水頭選擇

額定水頭按照加權平均水頭的90%～100%選取，取額定水頭為81.0m。相應最大水頭與額定水頭（[Hmax/Hr]）比值約為1.25，最小水頭與額定水頭（[Hmin/Hr]）比值約為0.91。

電站最小水頭73.4m是按照劉家峽水庫實際最低運行水位為1?717.00m時確定的，而劉家峽水庫死水位為1?694.00m，對應最小極限水頭為50.4m。在機組招標采購時，需要兼顧水輪機在低于73.4m時的運行穩(wěn)定性要求。

5 額定轉(zhuǎn)速選擇

針對3×3.5MW裝機方案，結合模型轉(zhuǎn)輪的計算情況，適合機組的額定轉(zhuǎn)速有1?000、750、600r/min三檔，對應的比轉(zhuǎn)速為247.8、185.9、148.7m·kW，比速系數(shù)K分別為2?230.5、1?673.1和1?338.3。

對于臥式水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速選擇，應把機組安全穩(wěn)定運行放在首位，并結合噪聲影響、土建投資等因素綜合考慮。通過咨詢國內(nèi)多家制造廠，以上三種轉(zhuǎn)速的水輪發(fā)電機組在生產(chǎn)制造上均無較大的生產(chǎn)制造難度。

低轉(zhuǎn)速的機組運行噪聲會低些，但機組造價及土建投資會提高，而高轉(zhuǎn)速的機組反之。因此，綜合考慮投資因素及噪聲因素，確定水輪機額定轉(zhuǎn)速為750r/min。

6 水輪機參數(shù)選擇

本工程水輪機水頭為73.40～101.00m，適合該水頭段的水輪機模型轉(zhuǎn)輪較多。綜合考慮效率、空化性能和轉(zhuǎn)輪使用業(yè)績等因素，較合適的模型轉(zhuǎn)輪有HLA438-35（方案一）、HLA606-35（方案二）和HLA671-36（方案三）。

由于供水項目的特殊性，使水輪機的參數(shù)選擇有別于常規(guī)以發(fā)電為主的水輪機。在計算本工程的水輪機參數(shù)時，除常規(guī)參數(shù)外，還應重點關注如下問題：機組各水頭下，發(fā)出預想出力時的流量是否滿足供水流量要求;單臺水輪機流量為2.95m3/s時，其運行穩(wěn)定性及效率指標情況。

各模型轉(zhuǎn)輪方案機組參數(shù)比較計算如表1、表2所示。

三個方案均能滿足供水流量11.6m3/s的要求。但從運行范圍來看，方案一的運行范圍偏離高效區(qū)較多，加權效率指標偏低，方案二和方案三的運行范圍優(yōu)于方案一。從水輪機特性來看，方案二的水輪機可運行的水頭區(qū)間最大。根據(jù)供水要求，彭家坪水廠的水處理設備在近期不會完全工作，而存在小流量運行的特點（即1×2.95m3/s或2×2.95m3/s）。機組的過流能力應保證與上述流量工況相匹配，且應保證機組在流量2.95m3/s時能以較高效率穩(wěn)定運行。從表1、表2可以看出，方案二最優(yōu)，方案三次之，方案一最差。

由于機組存在小流量、工況長期運行的特點，從該工況調(diào)流調(diào)壓站效益方面來看，方案二的發(fā)電量相對較高，方案三次之，方案一最差。

綜合以上分析，從機電設備投資、水頭范圍的適應性、機組總體效率、流量匹配性等方面確定方案二為推薦方案。

7 結語

本項目的特點為供水為主、發(fā)電次之，水輪發(fā)電機組的選型設計需要完全滿足工程供水的要求。該類型項目裝機容量的確定和機組選型是需要重點關注的因素，都有別于常規(guī)電站項目。這在近幾年內(nèi)黃河勘測規(guī)劃設計研究院承擔的供水發(fā)電類項目及考慮生態(tài)基流發(fā)電項目中非常常見，本文可為此類項目設計提供一定的思路。

參考文獻：

[1]水電站機電設計手冊：水力機械[M].北京：水利電力出版社，1983.