綠水河二級站#4機水輪機提效增容改造研究及應用

邵曰福　彭海菠

（1.華電云南發電有限公司綠水河發電廠，云南個舊　661000；2.華電電力科學研究院，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用

邵曰福1彭海菠2

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

2014年中國華電集團公司提出，對老舊電廠特別是機組存在安全隱患的機組進行提效增容改造，綠水河電廠通過對二級站#4機水輪機運行現狀進行了分析研究，確定改造目標和方案。經過改造，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，二級電站裝機容量為57.5MW，設計年發電量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重，目前轉輪每個汛期基本都要進行大修處理，運行多年來水輪機存在較多安全隱患。因此根據集團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，特別是對轉輪升級改造，提高機組的安全經濟運行水平，延長檢修周期。

1　設備概況

#4機組水輪機型號HL006-LJ-140，發電機型號：TSL-260/ 116-8，為立式金屬蝸殼混流式發電機組，尾水管錐體、彎肘段及出口擴散段組成。水輪機活動導葉16片，頂蓋經過改造，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。尾水出口設有尾水閘門，閘門尺寸3×2.5m（寬×高）。調速器型號為WDK-100，由長江控制設備研究所生產。

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，期間一直未進行過改造更新目前水輪機轉輪及其過流部件存在以下主要問題：

（1）水輪發電機組是上個世紀60年代的產品，受技術等條件限制，從結構到轉輪的水力性能都相對落后。（2）由于綠水河泥沙含量比較大，而且機組轉速高，轉輪、導葉磨蝕、空蝕情況較為嚴重，基本個汛期過后都要進行大修處理。（3）水輪機效率低下，根據效率試驗顯示水輪機最高效率為84.88%，低于87%的設計值，目前的設計制造水平，混流式水輪機效率完全可以達到92%以上。（4）水輪機導葉磨損嚴重，漏水量較大，導水性能嚴重降低，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

（1）提高水輪機運行穩定性。提高水輪機的運行穩定性，尤其是在高水頭額定負荷附近的運行穩定性，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。水輪機技術改造后，效率有較大幅度的提高，與原型號HL006-LJ-140轉輪相比，新轉輪最大效率提高約7%以上。（3）適當的增大出力。#4水輪機原額定出力為15MW，技術更新改造后，額定出力17MW，最大出力預計可達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機轉輪葉片數為17片，導葉為16片，在某些特性情況下可能引起動靜態干涉，影響機組的穩定性，且綠水河二級水電站在枯水季節時，水輪機常運行在低負荷段，因此，不能選用過流能力太大的轉輪。為提高轉輪的整體剛度和強度，提高轉輪的使用壽命，高水頭多泥沙電站，宜采用長短葉片結構的轉輪，其特點是流道水力性能好，可避免或減少流道中產生回流，葉片受壓面積增加，單位面積負荷減輕，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輪，一般的長短葉片型轉輪有15張長葉片，15張短葉片，可有效避免動靜態干涉等現象。適當對轉輪葉片出水邊進行加厚處理，可使轉輪維持到汛期后進行修補，同時進行適當倒圓，避免產生卡門渦。可適當增加導葉高度，降低導葉處的流速，以減輕導水機構的磨損。

4.2結構加強設計

（1）導葉結構設計：導葉采用AOD超低碳精煉ZG06Cr16Ni5Mo材質，導葉葉型增加抗磨蝕裙邊，并采用全方位CNC數控加工。導葉端面和正面的表面粗糙度為Ra1.6，外側面為Ra3.2，表面經過硬化處理，硬度不低于280HB，以提高抗磨蝕能力。導葉數增加至20個，并適當調整導葉分布圓直徑，盡量與水輪機模型吻合，提高水輪機的綜合效率。（2）轉輪結構及密封：正確選擇水輪機止漏環的位置，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的進口和出口，并防止在離心力的作用下，使泥沙顆粒堆積量增加，使上下止漏環磨損。轉輪上冠采用梳齒密封，下環采用階梯式密封，上冠、下環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、底環與導葉上、下端面的對應部位設置抗磨板，材質為S13-5，并具有足夠的寬度和厚度。（4）尾水錐管修型：原尾水錐管上段經常發生磨蝕，每次檢修都需花費大量的時間進行處理。同時，為配合新轉輪出口尺寸，將原尾水錐全部更換，并采用S13-5不銹鋼材質。

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，主要表現指標如下：

（1）出力及效率：效率試驗表明單機額定出力可達到17MW，超發可達18MW以上，增大出力幅度約為20%；改造后額定點效率達到91%，最大效率92%，最大提高了7%以上。（2）穩定性：穩定性試驗表明（振動擺度、瓦溫）均正常（3）抗磨蝕性：通過對機組導水機構、轉輪及尾水管的檢查，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　結語

綠水河二級發電站#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，確保了發電機組的安全、穩定運行，提高了設備的可靠性和穩定性，從而提高了發供電質量，因此，本工程的改造工作效果明顯、經濟可觀。

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

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