金鸡滩水电站参数确定及机型选择

丁 榕

(广西南宁水利电力设计院 南宁 530001)

1 工程概况

广西隆安金鸡滩水利枢纽位于右江中下游段,坝址距隆安县城上游约8km,至南宁市96km。为右江综合利用规划中的第六座梯级,是一座以发电、航运为主,兼有电灌、供水养殖和旅游等综合效益的水利枢纽工程。

金鸡滩坝址多年平均流量为472m3/s,正常蓄水位88.6m,死水位87.6m,水库调节库容为0.148亿m3,装机容量为72MW,厂内安装3台单机容量为24MW的灯泡贯流式机组,工程于2006年3月第一台机组发电,2007年3月全部建成投产。

2 水轮机台数的选择

电站装机台数按二、三、四台分别进行论证。当装机四台时,虽然调节特性较为灵活,但厂房长度较长,受枢纽坝址地形的限制,致使溢流前缘缩短,影响洪水泄流、增加上游淹没,且枢纽布置较困难,若溢流前缘不缩短,则增加开挖量及施工的难度,增加投资。因此,厂房不宜装机四台;当装机两台时,厂房长度短,有利于枢纽布置,但单机容量大,相对低水头电站,转轮直径大,单机设备贵,制造工艺及安装相对困难,且厂房较宽,厂房土建及机组设备投资与装机三台相当;当装机三台时,机组运行工况较装机两台为优,尤其电站在低出力状况下单机容量小的机型运行稳定,有利于利用枯水期的水能,运行方式较装机两台灵活,且与上游鱼梁水电站 (三台灯泡贯流式机组)运行匹配合理;根据枢纽布置、投资及运行工况综合考虑,确定装机三台,电站装机规模为3×24.0MW,总装机规模为72.0MW。

3 水轮机机型的选择

本电站为河床式电站,水头变幅范围3.5～14.5m。水轮机可选择灯泡贯流式机组或立轴转浆式机组两种。以下就3×24.0MW立轴转浆式机组和3×24.0MW灯泡贯流式机组进行技术经济比较。技术及经济比较参数见表1。

灯泡贯流式机组与立轴转浆式机组相比,具有以下优点:(1)贯流式机组进、出水管轴向贯通,形状简单,水流条件好,水力损失小,施工方便;(2)贯流式机组具有较高的过流能力和较大的比转速,故在水头和功率相同条件下,其转轮直径要比转浆式机组小10%左右;(3)贯流式机组单位流量大,运行效率比轴流式机组约高3%;(4)贯流式机组结构紧凑,尺寸较小,可减少厂房建筑面积和工程量,土建可节约10～20%的工程量。

综上所述,灯泡贯流式机组的技术经济指针明显优于立轴转浆式机组,故本电站推荐使用灯泡贯流式机组。

表1 金鸡滩电站机组方案比较表

4 水轮机额定水头

低水头径流式水电站机组额定水头为水轮发电机组发足额定出力所对应的水头,经计算本电站机组满发出力的临界水头为12m,根据经验机组额定水头可为临界弃水头的85～95%。据此,本阶段对额定水头为Hr=10.5m、11m、11.5m三个方案的水轮机主要参数及电站综合投资进行了比较,比较结果见表2。

表2 额定水头及装机容量方案比较表

由表2可知:随着装机容量的增大,其多年平均发电量也随着增加,但增加的幅度逐步减少,并且枯水期电量基本不增加,只是增加丰水期的电量;另外随着装机容量的增大,电站的总投资也逐步增加,而其单位千瓦投资渐次减少,单位电度投资、补充单位千瓦投资和补充电能投资也相应减少,当装机为3x24MW时,这三项指标同时降到最低值。

根据本电站的水头特性,其临界弃水点相应的水头为12m,考虑到电站调峰时上游水库的消落深度,额定水头不宜高于11m,以免电站调峰出力受阻。金鸡滩水电站虽为日调节水电站,但上游有已建的澄碧河为多年调节水库和百色水利纽枢为不完全多年调节水库。综上所述,本阶段选定水轮机额定水头11m,相应转轮直径5.4m。

5 水轮机额定转速

灯泡机组额定转速选择特点在于最优设计转速偏离最优工况区较远。原因在于电站在汛期的发电量主要取决于水轮机的过流能力,而非汛期的发电量取决于水轮机的运行效率。

式中:

K — —偏离系数,取值范围0.2～ 0.35,本电站取值0.2;

HW——加权平均水头;

n110——模型转轮最优工况单位转速,取148r/min(厂家推荐值);

D ——转轮直径

根据标准同步转速,选用n=107.1r/min。经验算:在加权平均水头上运行时,该转速在最高效率区内。因此所选的参数是合理的。

6 水轮发电机组安装高程

灯泡贯流式机组的安装高程应同时满足在各种可能出现的运行工况下避免空蚀以及尾水管出口最小淹没深度的要求。为满足水轮机在额定工况下空化特性的控制要求,本电站的安装高程为:

其中:

▽尾水——在额定工况下,三台机组发流量所对应的下游水位,▽尾水=76.1m;

Hs——水轮机吸出高度,Hs≤10-▽/900-σ H-D1/2=-9.3 m(厂供)

考虑到电站下游冲刷后水位下降,以及尾水出口顶部的淹没,初定安装高程为▽66.1m。

核算安装高程:规范要求尾水管出口上缘淹没深度应大于500mm。经核算安装高程为▽66.10m时,满足尾水管出口淹没深度大于500mm的要求。

因此,水轮机的安装高程定为▽安=66.10m。

7 水轮发电机组的基本参数

经过招标,机组主要参数如下:

(1)水轮机型号 GZ(K241)-WP-540

额定功率 N=24.72MW

额定水头 Hr=11.0m

最大水头 Hmax=14.5m

最小水头 Hmin=3.5m

额定流量 Qr=244.5m3/s

额定转速 n=107.1r/min

最大飞逸转速 n飞=356r/min

转轮直径 D1=5.4m

额定点效率 ηr=94.0%

最高效率 ηmax=95.3%

(2)发电机型号 SFWG24-56/6000

额定功率 N=24.0MW

发电机效率 ηmax=97.5%

功率因素 cosφ=0.9

额定电压 10.5kV

8 结语

金鸡滩水电站经过近3年的运行,水轮发电机组运行稳定,机组能够满出力甚至超出力运行,电能指标达到设计要求,因此所选机型是合理的。

1 田树棠.贯流式水轮发电机组及其选择方法[M].北京:中国电力出版社,2000.