磐安县花溪电站改建过程中水轮机型号的选择

黄邵军

(浙江广川工程咨询有限公司,浙江 杭州 310020)

1 工程概况

花溪水库建于1999年,水库设计正常蓄水位为392.0 m,相应库容为52.8万m3。随着工农业生产的发展和集镇建设规模不断扩大,用水量不断增加,水库库容已偏小,供水能力不足,供需矛盾突出。根据 《磐安县城乡饮用水安全保障规划》,将对花溪水库进行扩容重建,建成后的水库总库容为490万m3,以供水为主,兼顾灌溉、防洪和发电。

由于改造后的水库正常蓄水位由392.0 m提高至418.5 m,电站水头增加了26.5 m。经复核原电站安装的HL125—WJ—50A水轮机已不能满足增加水头后的受力要求。为保证老电站正常运行,须对电站进行改建。此次改造原则是不改变发电厂厂房主体工程与原发电机容量,只改造水轮机及其过流部件。

2 电站参数

改造后电站主要水位和水轮机水头参数如下:

(1)水库水位:水库正常水位:418.50 m;设计洪水位 (P=2%):421.26 m;校核洪水位(P=0.2%):422.15 m;发电死水位:382.00 m。

(2)发电厂房水位:发电正常尾水位:301.00 m。

(3)水能参数:最大水头:113.37 m;最小水头:74.06 m;平均水头:100.00 m。

3 水轮机机型选择

3.1 机型选择

水轮机的选择应满足下列条件:

(1)选用的转轮使用水头应满足电站的工作水头;

(2)转轮的转速应与原发电机额定转速相匹配;

(3)转轮的吸出高度应满足电站实际装机高程的要求。

根据以上条件,经与水轮机厂联系,适合该水头段74.06～113.37 m 的转轮型号为HL90、HL110、HLA550(见表1)。

表1 适合花溪电站特征参数的转轮表

3.2 方案比较

该电站改造后装机容量不变,仍为2×630 kW。根据上述不同转轮参数,各机组主要参数计算结果见表2。

表2 机组机型比较表

根据表2,对各机组机型分析比较如下:

方案1:机组在高效率区运行;此方案较为突出的特点是在设计水头及以上工况下水轮机效率比其他机型高4.0%～7.5%;水轮机飞逸转速满足要求;机组汽蚀系数小,运行稳定。缺点是死水位机组最大出力为478 kW。

方案2:最高水位与方案3效率一致;水轮机飞逸转速满足要求。缺点是水轮机效率在3个方案中最小;死水位机组最大出力为627 kW。

方案3:优点是在死水位时,机组可达到设计出力630 kW,效率比其它方案高。缺点是水轮机效率在设计水头下比方案1低4%;机组汽蚀系数大,运行欠稳定。同时,水轮机飞逸转速超过发电机要求;转轮直径55 cm是非标准的,制造加工比较困难。

从上面3个方案的比较可以看出,方案3虽然在死水位工况下也可以满发,但是汽蚀系数大,运行稳定性能较差,同时飞逸转速不能满足要求,可以剔除;方案2死水位情况出力大于方案1,但是水轮机整体效率在3个方案中最低,流量也比方案1大,考虑水库主要任务是以供水为主,在低水位时应优先保证供水,不需满负荷发电,因此推荐方案1。

4 水轮机安装高程确定

水轮机安装高程按同时满足水轮机吸出高度和尾水管出口淹没深度的要求确定。该水电站以水轮机吸出高度为基础,按满足水轮机不同水头、最不利的运行工况下允许吸出高度的要求计算,老电站的水轮机安装高程为303.346 m,装机吸出高度3.000 m。新转轮的允许吸出高度为4.000 m,小于老电站转轮吸出高度,可以满足老电站装机高程要求,因此改建后的水轮机安装高程仍为302.346 m。

5 结 语

通过此次重新选型设计后,转轮可以有效地满足新水头参数要求,同时新转轮的效率也比原来的高出约3%;改造过程中电站厂房主要建筑物基本不变,只对水轮机流道部分作一些改动,既节约了部分土建的工程投资,又缩短了工期。