星火电站增效扩容水轮机改造方案分析

邓 涛，曹晓英，刘洪强

(四川省都江堰人民渠第二管理处，四川 德阳，618000)



星火电站增效扩容水轮机改造方案分析

邓 涛，曹晓英，刘洪强

(四川省都江堰人民渠第二管理处，四川 德阳，618000)

星火电站运行已20年，存在设备老化、效率低，技术落后等安全隐患。为达到增效扩容的目的，本文仅改造工程中水轮机的改造方案进行比较，选择出最佳性能的转轮型号。

星火电站 增效扩容 水轮机 改造方案 转轮选择

1 工程概况

星火电站位于中江县瓦店乡建渠村境内，人民渠七期干渠50+577m左岸，于1994年建成发电，装机容量2×3600kW。多年来电站平均利用4090h，年平均发电量为2940万kW·h。电站的开发任务是“以电养水”促进大型灌区水利工程的良性运行，同时为地处偏远乡村的灌区人民提供电力支持，解决他们生产生活中的能源需求。

电站设计水头87.35m(2011年12月实测水头88.65m)，设计引水流量Q引=10.26m3/s。电站安装二台HL180-LJ-84型水轮机，其转轮直径D1=840mm，转速n=750r/min，设计水头Hr=87.35m，设计流量Q=10.26m3/s。

星火电站增效扩容，计划更换高效水轮机，更换定子、转子线圈，使其绝缘达到F级；更换励磁变压器和主变压器，使电压、容量达到发电机增容的要求；并更换调速器等设备。本文只对改造过程中的水轮机选型方案进行分析。

2 额定水头及装机容量确定

在水轮机改造选型过程中，需要首先确定水头及装机容量。2011年电站实测毛水头88.65m，在流量10.26m3/s的情况下，沿程水头损失为1.72m，工作水头大约是88.65-1.72=86.93m；在流量为11.4m3/s的情况下，沿程水头损失为2.1m，工作水头约为86.55m。

根据以上分析，我们取水轮机的额定水头为87.35m。根据增效扩容相关文件要求，结合本电站具体情况以及电站多年来水文数据资料，初步拟定本电站水轮发电机组改造后机组单机出力要达到3900kW，其增容幅度为8.3%，即额定水头为87.35m，额定容量为2×3900kW。

3 水轮机增容技改要求

在电站原导水机构、埋入部分不变的情况下，利用新型高效转轮替换原HL180-LJ-84型转轮，新转轮应与原流道匹配。同时，发电机组出力为3600kW的工况，应位于水轮机最高效率区，水轮机额定出力应满足发电机额定出力增容到3900kW的要求。

4 水轮机转轮选择

4.1 扩容后转轮型号选择

星火电站水头范围86.91m～88.26m，适合本电站的机型为混流式水轮机。适合本电站水头段且运用较多的混流式机组型号主要有HLJF2057A和HL180/D06A，其详细数据见表1和表2。

表1 水轮机模型主要参数比较

表2 混流式水轮机主要参数比较

由表1与表2各项数据分析得出，方案一额定工况点效率较高，较方案二高2%，且运行区域包含了较多的高效区，其加权平均效率将高于方案二，有利于提高年发电量；方案一比方案二的空蚀系数小，空化性能较好，吸出高度为正。

综上所述，本阶段推荐方案一HLJF2057A-LJ-84转轮。该转轮水轮机效率高，转轮直径小，在150m以下水头段使用得较多，制造和使用经验也比较成熟。

4.2 扩容后机组台数选择

根据增效扩容电站的政策要求，技改电站机组台数原则上不变，故星火电站机组台数维持原台数不变，为2×3900kW。

4.3 选择方案水轮机参数计算

4.3.1 额定转速JF2057A-LJ-84保持原转轮n=750r/min不变。

4.3.2 额定工况参数

Hr=87.35m，Qr=5.18m3/s，

ηp=92.50%，

水轮机出力P水=9.81Qr.Hr.ηp=4105kW

(取发电机效率ηm=95%)

发电机出力=P水.ηm=3900kW

4.3.3 吸出高度

取汽蚀安全系数k=1.8，则工况过流量为5.7m3/s、水头为86m时，水轮机要求的吸出高度Hs=+1.5m(未计入海拔高程的影响)。

4.3.4 最高飞逸转速

JF2057A型水轮机模型最高单位飞逸转速n11Rmax=120r/min，在最高水头86.7m下，原型水轮机最高飞逸转速nRmax=1330r/min。

4.3.5 轴向水推力

JF2057A型水轮机模型轴向水推力系数K=0.2～0.26，在最高水头86.7m下，原型水轮机最大轴向水推力为122.5kN。

5 机组安装高程复核

根据现场测量及计算，原机组吸出高度Hs=-1.65m，改造后采用HLJF2057A-LJ-84水轮机，其吸出高度Hs=+1.5m,机组安装高程为457.827m。本次技改在不动土建情况下，保持原机组安装高程较为合理，原机组安装高程为改造后水轮机吸出高度提供了一定的富余度，对改善机组汽蚀性能创造了条件。因此，原机组安装高程满足增效扩容后机组设计要求，即改造后电站机组安装高程仍为457.827m。

6 改造前后水轮机性能比较

水轮机转轮HL180-LJ-84与HLJF2057A

-LJ-84，改造前、后各项性能参数比较见表3。

表3 改造前后水轮机主要参数比较

从表3可以看出，机组改造前，水轮机过流量较低，效率不高，吸出高度为负，导致机组抗气蚀性能较差。改造扩容后，采用HLJF2057A-LJ-84转轮，过流量大，且额定效率增加1.5%左右，大幅度提高了水能利用率，临界空化系数较小，吸出高度为正。同时，转轮整体采用马氏体不锈钢材质(06Cr13Ni4Mo)制作，大幅度提高了水轮机的抗气蚀、抗泥沙磨损的性能。

7 结语

通过分析可以得出结论，HLJF2057A-LJ-84水轮机过流量大，额定效率高，临届空化系数较小，吸出高度为正，符合星火电站增效扩容项目改造要求。项目建成后，电站设计引水流量为10.26m3/s，总装机容量为7800kW，较改造前增加了600kW，增幅8.3%；年发电量3190万kW·h，较改造前增加21.2%，装机年利用小时4090h。电站增容后，可减轻中江县系统的供电压力，并将带动地方工业和第三产业的发展，促进地方基础设施建设，改善农民生产生活条件，增加社会就业机会，促进地区经济发展，促进大型灌区水管单位良性运转。

邓 涛(1975-)，男，本科，工程师。

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TM312：TM306

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2095-1809(2015)01-0062-03