曲庫乎電站增容改造技術分析

嵇月明

摘? 要：水電站經過幾十年的運行，機組設備機型老化，效率低下，裝機容量偏小，急需更新改造。通過對發電水頭的確認，選擇綜合能量性能指標高的轉輪，達到增容目的。

關鍵詞：水電站;增容改造;發電水頭

中圖分類號：TV738 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）30-0147-02

Abstract： After decades of operation， the equipment of the hydropower station is aging， the efficiency is low， the installed capacity is small， and there is an urgent need for renovation. Through the confirmation of the power generation head， the runner with high comprehensive energy performance index is selected， so as to achieve the purpose of increasing capacity.

Keywords： hydropower station; capacity increase and transformation; power generation head

1 現有電站技術參數

機組設計裝機容量：1×2000kW+2×500kW（機組有約1m3的棄水）

豐水期時機組出力：1號機為2200kW;2號機為510kW;3號機為530kW

目前機組出力：1號機為2100kW;2號機為430kW;3號機為470kW

引水管道：1號機為Ф1.5m引水管;2、3號機為Ф1.2m的引水總管分叉成Ф0.5m的兩個引水管，兩個引水分管各帶一個Ф500的閥門。

2、3號機組參數

水輪機型號：HL110-WJ-60

發電機型號：TSWN99/46-8

調速器：XT-300

額定出力：（148～535）kW

額定水頭：（30～70）m

額定流量：（0.7～1.07）m3/s

額定轉速：750r/min

飛逸轉速：1300r/min

額定電壓：6300V

額定電流：57.2A

2 水輪機增容改造的可行性

HL110轉輪機型是老機型，用于180～220m水頭段，由于早期水力設計和試驗研究水平所限，該轉輪相對于現在開發的新轉輪有一些缺陷。

技術經濟指標比較差，其主要設計參數如過流能力及空化性能與現代轉輪機型相比，相差很多。

效率較低，該轉輪模型最高效率為90.4%，與現代轉輪機型相比效率低一些。并且，機組運行后，經空蝕破壞后的水輪機效率還要低。

目前國內外混流式水輪機轉輪技術性能普遍提高，通過實驗研究已開發出效率、出力、空蝕等性能全面提高的中高水頭混流新機型如HLA575C機型。新機型的效率比HL110機型有很大提高，且能量指標也優于HL110。

3 機組增容到600kW的轉輪改造方案

3.1 發電水頭的確認

引水系統水力損失測試工作是中小型水電站增容改造的重要環節。管道中的水力損失（hw）分為沿程水頭損失（hf）和局部水頭損失（hj）。由于該電站運行時間較長，有些技術參數丟失，所以該電站的水力損失計算只能估算。

3.1.1 沿程水頭損失（hf）的計算

引水總管的沿程水頭損失（hf1）的計算：

hf1=λlu2/d2g? ?式中λ=0.06

經計算hf1=0.0097L1? ?hf1原=0.0091L1

分叉管的沿程水頭損失（hf2）的計算：

hf2=λlu2/d2g? ?式中λ=0.1

經計算hf2=0.32L2? ?hf2原=0.30L2

3.1.2 局部水頭損失（hj）的計算

（1）管道入口處局部水頭損失

hj1=ζu2/2g? ?式中ζ=0.07

經計算hj1=0.014? ?hj1原=0.013

（2）分支管處局部水頭損失

hj2=ζu2/2g? ?式中ζ=1

經計算hj2=1.6? ?hj2原=1.5

（3）折圓管處局部水頭損失

引水管道中共有4個折圓管處，估取θ=300

hj3=ζu2/2g? ?式中ζ=0.073

經計算hj3=0.026? ?hj3原=0.024

（4）閥門處局部水頭損失

計算機組運行時閥門的局部水頭損失：

hj4=ζu2/2g? ?式中ζ=0.02

經計算hj4=0.032? ?hj4原=0.03

（5）管道擴散處局部水頭損失

hj5=ζu2/2g? ?式中ζ=1

經計算hj5=1.6? ?hj5原=1.5

3.1.3 水力損失（hw）的計算

hw=hf+hj=3.272+0.0097L1+0.32L2

hw原=hf+hj=3.067+0.0091L1+0.3L2

估取總管段長L1=100m;L2=8m

hw=6.802m? ?hw原=6.377m

增容后管路的水力損失（hw）比增容前管路的水力損失（hw原）大了0.5m，由機組參數可知，電站水頭范圍30～70m。因此，可以暫確定水輪機額定運行水頭為65m。

3.2 改造轉輪選型

針對曲庫乎電站的機組運行條件及水文特點，我們選用了HLA575C-WJ-53水輪機，由圖1可知，各水頭段均在最高效率區內，使得機組長期工作在高效、穩定的運行區內。理論上如果流量富余，該機組還有一定的超發能力。

根據電站現有參數現選型如下：

3.2.1 綜合信息

水輪機型號：HLA575C-WJ-53

發電機型號：SFW600-6/1180

額定轉速：1000

飛逸轉速：1911.11

軸向水推力：3.01

所需調速功：167.93

3.2.2 設計點參數

設計水頭：65

模型效率：93.3%

設計流量：1.1

額定出力：642

真機效率：91.8%

3.2.3 出力保證

最大水頭單位轉速：63.35最大水頭單位流量：0.43

設計水頭單位轉速：65.74設計水頭單位流量：0.49

最大水頭效率：91.52% 設計水頭效率：91.8%

最大水頭出力：642 設計水頭出力：642

3.2.4 吸出高度保證

設計水頭模型空化系數：0.05

HLA575C轉輪說明

該轉輪最大應用水頭為230m，是目前國內性能最優秀的轉輪之一。該轉輪葉片數16，導葉個數24，導葉高度比b0=0.18D1，最優工況時：n110'=66.2r/min，Q110'=0.462m3/s，η=93.56%;限制工況時：Q11'=0.572m3/s，η=90.8%;該轉輪具有較好的變水頭、變負荷特性;水力穩定性良好，綜合能量性能指標高，出力裕度大，運行加權平均效率高等特點。該轉輪已被國內多個電站成功應用，實踐證明機組運行穩定，具有很好的超發能力。

4 結構上對增容要求的保證

（1）為保證新轉輪具有良好的綜合性能，在轉輪制造中，提高葉片型線的制造精度，保證與模型的相似性，降低葉片表面粗糙度和波浪度。

（2）適度加大D0尺寸，以增加水流從導葉出口至葉片進口的距離，改善導葉與轉輪流道交接處的壓力脈動。

（3）同時在新轉輪的應用中，充分考慮原水輪機的流道形狀及結構尺寸對其實際運行效率和過流能力產生影響。

（4）機組更換后，電站壓力鋼管可以滿足增容后流量的要求。所以電站的壓力鋼管不用更換。

5 效益分析

曲庫乎電站通過主機增容改造，單機出力由最低的430kW增至600kW，總裝機增容為300kW，增容33%，年增發電量為105.5萬kW·h，增加收入28萬元。增容成功使電站發電引用流量增至1.1m3/s，每年可增加利用水資源0.039億m3/s，減少了無功棄水，提高了發電效益

參考文獻：

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