新疆兵團第二師38團石門水庫壩后水電站雙轉(zhuǎn)輪水輪發(fā)電機組

劉俊麟 邱新元

【摘 要】38團石門壩后水電站水源主要來自冰川融雪，該電站作為無電地區(qū)直供電的基荷電站，需要最大程度的發(fā)揮水能電力的優(yōu)勢，為灌區(qū)農(nóng)林牧提供電力能源。電站汛期與枯水期水頭與流量出現(xiàn)不同周期變化且變幅較大，為充分利用水能資源進行，考慮采用國內(nèi)較為普遍的雙轉(zhuǎn)輪方案配合大小機組進行選型。采用臥式機組，運行上更易更換轉(zhuǎn)輪，具有很強的便利性。

【關(guān)鍵詞】雙轉(zhuǎn)輪 多泥沙 流量變幅大 水頭變幅大

擬建水源工程由石門水庫和平原沉沙調(diào)節(jié)池擴建工程組成，石門水庫位于莫勒切河出山口。新疆地區(qū)河流多為內(nèi)流河，以冰雪融水補給為主（額爾齊斯河除外），徑流季節(jié)變化大，夏季出現(xiàn)汛期，河流由上游到下游水量逐漸減少；流域面積小；冬春季河水封凍，大部分冬季有斷流現(xiàn)象；途徑地區(qū)沙化嚴重，河水含沙量大。莫勒切河發(fā)源于昆侖山阿孜塔格冰川，上游由考克木然代牙、吉格代庫勒、色日克庫勒薩依、西日芒來代牙等十數(shù)條支流匯流而成。流域山體高大、陡峻。上游河谷寬達300～500m，卵石河床，兩岸為基巖；從河源至出山口河長79km，縱坡1/50～1/80；源流區(qū)平均高程4259m，最高點四岔雪峰海拔6748m，河流出山口高程約2300m。河流出山后向北流約20km處分為東西兩支，西支流向民豐，東支流向硝爾堂。

1 水庫基本參數(shù)

①上游水庫校核洪水位：2397.41 m；②上游水庫設(shè)計洪水位：2395.25 m；③上游水庫正常蓄水位：2394 m；④上游水庫死水位：2365 m；⑤廠房處下游正常尾水位（3臺機組滿發(fā)）：2319.55 m（m3/s）；⑥廠房處下游最低尾水位（小機組滿發(fā)）：2317.9 m（m3/s）；⑦電站最大毛水頭：76.02 m；⑧電站最小毛水頭：45.45 m。

2 水輪機工作參數(shù)

①最大水頭：75.67m；②最小水頭：42.7 m；③汛期加權(quán)平均水頭：45.8 m；④非汛期加權(quán)平均水頭：64.8 m；⑤汛期額定水頭：44.6 m；⑥非汛期額定水頭：55.8 m；⑦電站設(shè)計引用流量：21.6 m3/s。

針對石門電站的多年平均流量、水頭及出力分布情況，特別是考慮到11月～來年4月電站多年平均出力均接近1600 kW這一特點，確定兩大一小的機組布置（2×3200kW+1×1600 kW）。根據(jù)水頭流量特點，選擇混流臥式機組。

針對電站汛期與枯水期水頭與流量變幅大的特點，大、小水輪機均采用配雙轉(zhuǎn)輪方案，即在43～55.8m水頭范圍，大、小水輪機均配汛期轉(zhuǎn)輪；而在55.8～76m水頭范圍，大、小水輪機均配枯水期轉(zhuǎn)輪。大、小水輪機枯水期與汛期只有轉(zhuǎn)輪與尾水錐管不同，其它部分均相同。

3 選型計算

（1）水輪機功率計算：

（2）轉(zhuǎn)速的計算：

（3）轉(zhuǎn)輪直徑計算：

Pr：水輪機額定功率，Pr= Pf/ηf；

Pf：發(fā)電機額定功率；

ηf： 發(fā)電機效率；

ηr： 水輪機效率；

中小型：0.95～0.96

大中型：0.96～0.98；

Q11r： 水輪機額定工況單位流量；

Hr： 水輪機的額定水頭；

n110： 模型最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速；

n11： 水頭對應(yīng)單位轉(zhuǎn)速；

（4）方案分析：1）大機水輪機汛期轉(zhuǎn)輪方案：①轉(zhuǎn)輪型號：JF2538-WJ-122（參考數(shù)科院轉(zhuǎn)輪模型）；②額定轉(zhuǎn)速：428.6r/min。2）大機水輪機枯水期轉(zhuǎn)輪方案：①轉(zhuǎn)輪型號：JF2523A-WJ-122（參考數(shù)科院轉(zhuǎn)輪模型）；②額定轉(zhuǎn)速：428.6r/min。3）小機水輪機汛期轉(zhuǎn)輪方案：①轉(zhuǎn)輪型號：JF1812-WJ-90（參考數(shù)科院轉(zhuǎn)輪模型）；②額定轉(zhuǎn)速：600r/min。4）小機水輪機枯水期轉(zhuǎn)輪方案：①轉(zhuǎn)輪型號：JF1809-WJ-90（參考數(shù)科院轉(zhuǎn)輪模型）；②額定轉(zhuǎn)速：600r/min。四種轉(zhuǎn)輪模型額定工況及高水頭工況下相關(guān)參數(shù)，如表1所示。

注：以上轉(zhuǎn)輪模型均為參考，涉及版權(quán)不提供模型曲線。

4 探討結(jié)論

通過對雙轉(zhuǎn)輪水輪發(fā)電機組的應(yīng)用，可以看出在應(yīng)對流量及水頭變幅均較大時，可以采取這種運行方式進行有效的利用。臥式機組因其布置形式的特點，在采取雙轉(zhuǎn)輪運行時，對機組的拆卸更換更加便利，而往往類似38團石門子水庫壩后電站這種受汛期非汛期影響流量水頭較大的電站其裝機容量較小，從投資回報以及運行維護上考慮，更適合臥式機組。作為基荷電站，力求發(fā)電效益最大化，在投資條件允許且有一定必要性的情況下，雙轉(zhuǎn)輪運用能更好的為電站發(fā)電帶來更好的投資回報，甚至在一定條件下可以取代大小機組配合的傳統(tǒng)模式，更節(jié)省土建施工投資。