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        淺談上蓋水電站機組出力不足原因及解決辦法

        2021-02-23 19:04:03黃宏東
        裝備維修技術(shù) 2021年26期
        關(guān)鍵詞:小水電

        黃宏東

        摘 ?要:農(nóng)村小水電站經(jīng)多年運行出現(xiàn)了設(shè)備設(shè)施老化、發(fā)電效率降低、水工建筑老化諸多問題,對其進行增效擴容改造很有必要。但增效擴容改造是一個系統(tǒng)工程,改造過程中必須根據(jù)電站的各種實際情況和新技術(shù)結(jié)合。本文以上蓋電站增效改造實例,對改造過程中出現(xiàn)的機組出力不足問題進行了系統(tǒng)分析并引進新技術(shù)進行解決,處置成果可為這類問題提供一定的參考。

        關(guān)鍵詞:小水電;出力不足;原因分析;新型技術(shù)應(yīng)用

        前言

        上蓋水電站位于那坡縣百南鄉(xiāng)中越邊境上,屬于渠道(隧洞)引水式電站,壓力管的分布形式為一管兩機,共裝機四臺,裝機容量為4×1600kw,電站于上世紀(jì)八十年代初建成投產(chǎn)運行。該電站隨著二十多年的運行,機組逐步老化殘舊,機組的出力也在逐步下降。水電站于2005年技術(shù)改造前雙機運行實際出力約為1200 kw,豐水期四臺機共出力僅達到4800kw,未到5000 kw,單機最大實際出力約為1400 kw。如實施技術(shù)改造后,雙機運行實際出力可達1400 kw,單機運行最大實際出力可達1600 kw,達到了機組的額定出力。豐水期四臺機共出力約6500 kw,機組恢復(fù)和增加了出力約1600 kw,相當(dāng)于新增一臺機組,通過了對水輪機的技術(shù)改造獲得了良好的效益。

        一、概況

        上蓋水電站水輪機銘牌

        壓力管道共有兩條主管,每根長主管長120m。壓力主管為鋼管直徑Φ1.7m。分管直徑Φ1.2m。機前閥直徑Φ1.2m。

        近些年,為了“上蓋電站增效擴容改造工程”項目,邀請了廣西某發(fā)電設(shè)備技術(shù)有限公司到現(xiàn)場通過對機組試運行的不同負(fù)荷狀態(tài)和精密儀器得出的數(shù)據(jù)計算出上蓋水電站的各種水頭:

        二、上蓋電站機組出力不足的分析

        要解決上述基本問題,首先要復(fù)核電站原水輪機HL220-WJ-71的實際水頭與機組實際出力情況。

        HL220-WJ-71的出力校核:(單位轉(zhuǎn)速80.74轉(zhuǎn)∕分即n11=nrD1/=750×0.71×)

        經(jīng)查HL220綜合特性曲線得

        最大單位流量Q11=1.08;

        水機模型效率 0.89,修正后取水機效率ητ=0.86

        發(fā)電機效率 ? 1600 /1702 = 0.94

        1.雙機運行時工作水頭43.5米相應(yīng)最大出力:

        分析:雙機運行時約2400 kw則1200 kw/臺,小于水輪機水力計算的1239 kw,說明機組逐步老化殘舊漏水大,機組的出力在逐步下降。

        2.單機運行時工作水頭48.21米相應(yīng)最大出力:

        分析:單機機運行時約1400 kw/臺,小于水輪機水力計算的1445 kw,原因同上已述。

        以上式中:

        Q:轉(zhuǎn)輪過流量;Q11:單位流量;D1:轉(zhuǎn)輪直徑;Hj:工作水頭。

        原水輪機的水力理論計算與實際出力基本吻合。

        通過對機組現(xiàn)有狀態(tài)出力的計算可知:

        1.機組的實際工作水頭小于額定的工作水頭,這是機組出力不足的根本原因。過去計劃經(jīng)濟機組設(shè)備是分配而不是訂購,因此和電站的實際情況有一定的出入。

        2.再有目前機組實際工作水頭情況下,舊轉(zhuǎn)輪的最大單位流量Q11=1.08米3/秒偏小,轉(zhuǎn)輪的過流能力不足,不能充分利用電站的現(xiàn)有能量,因此昆明電機廠生產(chǎn)的HL220-WT-71型轉(zhuǎn)輪不能達到1600kw的要求,也是機組達不到額定出力的原因。

        三、新型水輪機技術(shù)的應(yīng)用

        上蓋電站在目前無法改變發(fā)電引水渠道流態(tài)情況下,廠家(廣西某發(fā)電設(shè)備技術(shù)有限公司)推薦采用我國哈爾濱水輪機研究所開發(fā)的X型轉(zhuǎn)輪,型號為HLA835型,取代老舊的HL220型。

        我國在2000年初建設(shè)三峽水電站時引進了X型轉(zhuǎn)輪技術(shù),該項技術(shù)是瑞典開發(fā)的,具有當(dāng)下世界先進水平,現(xiàn)我國的水電站已有不少的引進利用,均取得了很好的效果。

        X型轉(zhuǎn)輪技術(shù)的特點:

        1、具有較大的過流能力和較高的效率;

        2、適應(yīng)一定的水頭變化保持出力不變;

        3、運行性能優(yōu)良,大幅降低噪音、運行平穩(wěn)等;

        4、具有優(yōu)良的抗氣蝕性能。

        相關(guān)的基本水力計算:

        HLA835的技術(shù)參數(shù)

        單機運行時工作水頭48.21米,單位轉(zhuǎn)速n11=76.69轉(zhuǎn)/分

        查單位流量Q11=1.24米3/秒。相應(yīng)模型效率ηm=89.0 %,相應(yīng)的轉(zhuǎn)輪過流量:

        HLA835型相關(guān)的水力計算:

        機組出力:P=9.81QHηgητ ? (取ητ=0.86)

        =9.81×4.34×48.21×0.94×0.86

        = 1659 kw

        因此理論計算采用X型轉(zhuǎn)輪能滿足技改單機達到機組額定出力的要求。

        壓力鋼管過流能力分析

        壓力主管為鋼管直徑Φ1.7m。分管直徑Φ1.2m。

        目前工作水頭情況下,機組出力要達到1600kW,則每臺機需要引用流量4.34米3/秒。

        最大流量:Q = 2 × 4.34 = 8.68

        主管相應(yīng)流速:(U=Q/S即 8.68 / 3.14×(1.7/2)2 = 3.826米/秒

        壓力鋼管的經(jīng)濟流速為3.5 – 5.0米/秒,過流能力滿足設(shè)計要求。(同理分管的流速3.839米/秒)

        另外上蓋電站豐期棄水時間有3至4個月,(廣西某發(fā)電設(shè)備技術(shù)有限公司)還核算了渠道的過流能力也滿足用水要求。

        新型號的轉(zhuǎn)輪理論計算能夠達到要求之后,當(dāng)然實際技改時還進行了如下配套改造,還存在新轉(zhuǎn)輪和原水輪機相匹配的問題。否則不能與實際結(jié)合就無法達到機組增加出力的目的。

        (1)改造尾水錐管;

        (2)更換泄水錐;

        (3)配套加工水輪機后蓋;

        (4)配套改造導(dǎo)水機構(gòu)(加大導(dǎo)水葉的開度)。

        具體實施的過程有兩個關(guān)鍵的要點:

        1、新轉(zhuǎn)輪的流道尺寸必須和原HL220型的流道尺寸比較近似,這樣才能滿足將舊機組適當(dāng)改動后和新的HLA835型匹配。

        2、必須現(xiàn)場實際測量水輪機內(nèi)部的各空間配合尺寸,才能重新設(shè)計配套制作新的轉(zhuǎn)輪。

        這是因為機組已運行了二十多年,不可避免地造成磨損嚴(yán)重。如果按原來的圖紙尺寸設(shè)計制作新轉(zhuǎn)輪勢必會造成配合間隙過大,漏水較多,影響機組的出力。

        上蓋水電站水輪機技改完成后:

        雙機運行實際出力可略超1400 kw,單機運行最大實際出力可略超1600 kw,達到了機組的額定出力。豐水期四臺機共出力約6500 kw,機組恢復(fù)和增加了出力約1600 kw,相當(dāng)于新增一臺機組。

        四、經(jīng)濟評估

        本電站裝機容量4×1600kw=6400kw,現(xiàn)狀豐水期四臺機共出力約4800 kw,年發(fā)電量2524.4萬kw.h。水輪機技改完成后可增效雙機運行實際出力可略超1400 kw,單機運行最大實際出力可略超1600 kw,豐水期四臺機共出力約6500 kw,新增發(fā)電量為345.6萬kw.h,年發(fā)電量2870.1萬kw.h。從財務(wù)計算評價年內(nèi)可增加成本收入345.6萬kw.h×0.25元(物價局文件規(guī)定)=86.4萬元(未扣稅)。從宏觀上看具有較好的經(jīng)濟效益,發(fā)展農(nóng)村水電,對老舊水輪機進行技改,提高電站綜合能效和安全性能,增加發(fā)電能力是有效的、可行的。從資源優(yōu)化的角度看,提高了水資源的利用,增加了電站的發(fā)電量,同時也節(jié)約了能源,從而加快收益地區(qū)居民致富步伐,為全面建設(shè)小康社會作出具有顯著的社會效益。

        五、結(jié)束語

        作為上蓋水電站的老站長本人有幸參加了此次技改設(shè)計,體會到水電站增效擴容改造是一個系統(tǒng)工程,由于不是新建設(shè)備設(shè)施,改造過程涉及面較多,只有通過系統(tǒng)分析才能找到改造過程中出現(xiàn)的實際問題,采取針對措施。水電站的增容改造之所以取得成功,一是采用了先進的水輪機技術(shù),二是將新技術(shù)和電站的實際情況結(jié)合起來,最終達到了預(yù)期效果。本電站機組出力不足的分析方式及技術(shù)引進改造措施為類似工程提供了一定的參考經(jīng)驗。

        參考文獻

        [1]張有文.張繼武.水電站機組出力不足原因分析[J]云南電力技術(shù).2007,(01) 49-50

        [2]王崢.杜童水電站機組出力不穩(wěn)現(xiàn)象分析與處理[J].現(xiàn)代農(nóng)村科技.2014(22)40

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