和田喀拉格尔水电站增效扩容水机分析

和田喀拉格尔水电站增效扩容水机分析

虢强

(新疆电力设计院， 乌鲁木齐830001)

摘要：和田喀拉格尔水电站增效扩容改造是新疆立式水轮发电机组整体更换、水下二期混凝土全部拆除的第一例。原水轮发电机组拆除、新建机组与未改造机组及厂房整体之间的布置成为工程的关键。本文通过对现状的深入分析，最终选取切实可行的水轮发电机组增容容量及水轮机、发电机结构形式。

关键词：水电站；增效扩容改造；水轮机

中图分类号：TV742

Analysis of Effect Increase Volume Expansion Water Dispenser

in Hetian Kalage’er Hydropower Station

GUO Qiang

(XinjiangElectricPowerDesignInstitute,Urumqi830001,China)

Abstract：Effect increase volume expansion rebuilding in Hetian Kalage’er Hydropower Station is the first case of vertical turbine generating unit overall replacement and underwater stage II concrete complete removal in Xinjiang. Original turbine generating unit is demolished and the layout among newly-established unit, unit without rebuilding and plant integrity become a key in the project. In the paper, current status is deeply analyzed, and feasible and practical turbine generating unit volume increase capacity, water turbine and power generator structure mode are finally selected.

Keywords：hydropower station; effect increase volume expansion rebuilding; water turbine

1工程概况

和田喀拉格尔水电站渠首位于乌鲁瓦提水利枢纽下游30km、波波娜水电站尾水下游约1km处，距郎如乡3km，距和田市35km。该电站原设计装机容量9.6MW(3×3.2MW)，年发电量4300万kW·h，装机年利用小时数4479h。和田县水力发电有限责任公司筹建于1986年，在具体施工时根据当时用电负荷增长的趋势作出了部分调整，将装机容量调增至11.4MW。 1号、2号发电机(2×3.2MW)于1990年10月试运行，3号机发电机(5MW)于1995年10月试运行。

2存在的问题

a. 乌鲁瓦提水利枢纽于2000年8月竣工，对下游的用水调节起到了很大的作用，因此该电站在水能资源的利用上存在较大的浪费。

b. 该水电站因建站时间为20世纪90年代初，电站建成后基本没有改造过，机电设备陈旧，技术落后，效率和自动化程度低，能耗大；水轮机通流部件磨蚀严重，不能保证安全运行；设备或设施已超过规定使用年限，老化严重，事故率高；机组久修不愈，长期带病运行，缺陷多，达不到额定功率。

c. 原引水渠长11.17km，设计流量45m3/s，引水渠道为干砌石、塑膜结构，渠道底宽2m,边坡1∶1.75。渠道经20多年运行，现状流量仅28m3/s；渗漏、变形严重，不能安全运行，已严重影响发电效益。渠道渗漏水流入左侧农田，严重影响农作物生长，导致多年来与农民纠纷不断，矛盾日甚。

3水轮发电机组改造

针对以上存在的问题，根据水利部《关于开展农村水电增效减排工程规划编制工作的通知》 、《农村水电技术现代化指导意见》和《农村水电增效减排工程规划编制大纲》的要求，在原水工建筑物基本不变的情况下对该站进行增效扩容更新改造。

3.1改造后装机容量确定

电站引水渠首原设计引水流量为45m3/s，设计水头50.3m，压力钢管长181m，直径1.8m，厂房机组间距7.5m，厂房桥式起重机为30/5t。综合以上各条件，决定将原2×3.2MW机组(1号、2号)增容为2×5MW，原3号机组保留不变。新改造的电站装机容量为3×5MW。

图1　改造厂房平面布置

3.2水轮机改造方案

此次技改本着尽量少动厂房结构的原则。该水电站现机组为立轴混流式水轮机。电站最大水头为53.95m，最小水头为48.84m,水头变幅不大，为引水式电站，主要任务为发电。电站3台机组满发时，前池正常水位1537.67m，正常尾水位1484.67m，上下游正常水位差为53m，产生的水头损失约为2.7m。设计水头确定为50.3m。

电站改造前采用的是2台HLA153-LJ-100、1台HLA153-LJ-120混流式水轮机，该机型为150m水头段水轮机。原设计在设计之初就已经考虑到泥沙含量较大，选择较高水头段的水轮机降低了机组转速，改造将延续原设计理念，但过大地降低转速会导致发电机基座变大，厂房原有尺寸将不能满足改造后的机组。将2台机组从3.2MW增容至5MW，由于增容幅度大，只有通过增加流量来增加机组出力，增容后因压力钢管流量加大导致管道水头损失增加，导致设计水头变小。通过简单的更换转轮增加出力已经远远满足不了此次增容的要求，只有通过对原机组整个过流部分进行整体更换才能达到要求。将转轮直径由原来的1m增加到1.25m。对应的座环、锥管、尾水管因流量增加过水断面也要相应增加。此次改造难点在于对机组整体拆除，两台机下部混凝土基本要完全拆除。拆除下部混凝土的难点又在于肘管和扩散段的混凝土拆除，通过与主机厂家协商沟通，拆除通过优化固定模式的扩散段，尽量使新安装扩散段尺寸与原厂房尺寸匹配，并采用扩散段单边扩大斜出的方案减小对原厂房水下部分钢筋的破坏。这对厂房的结构(见上页图1)安全有利，但机组的出力效率将受到小幅影响。尾水斜出水流也会影响不改动的机组，可以通过在尾水扩散段末端采用平出的方式来消除影响(见图2)。

图2　尾水管及扩散段

3.3发电机改造方案

改造前该站发电机型号为SF3200-14/2600，发电机改造也因为容量增幅过大而需整体更换，新发电机尺寸较原发电机大，有两种方案可供选择：方案一：在保证发电机层楼板只露出集电环的情况下，只能缩短大轴，但这会导致下导和水机室空间狭小，不便于安装检修；方案二：在保证下导和水机室安装检修空间的情况下，发电机上机架部分需露出发电机层楼板，这样会影响外观。以上两种方案对机组性能均无影响，考虑到以后的检修方便，最后决定采用方案二。在机组转速上考虑到机组进水蝶阀因流量增加尺寸由1500mm变为1800mm，已占用厂房上游侧尺寸，选用转速375r/min发电机基座号将变大为3250mm，原厂房已不能满足改造要求，故采用转速428.6r/min。

4改造后机组参数

4.1改造后机组参数

改造后水轮机为HL1914-LJ-125，额定转速428.6r/min，额定水头50.3m，发额定出力时比转速231.8m·kW。最大飞逸转速(导叶在最大单位飞逸转速相应的开度位置，发电机空载，最大水头时)825r/min。

发电机采用三相立式SF5000-14/2600，额定容量6.25kVA，最大容量6.875kVA，额定电压6.0kV，额定电流572.77A，额定频率50Hz。

4.2水轮机性能保证

a. 出力。在各种水头和尾水位条件下，水轮机在额定转速428.6r/min下运行，汽蚀损坏在允许范围内，出力见表1。

表1　各种水头下水轮机出力

b. 效率。在额定水头50.3m、发额定出力5MW下保证原型水轮机的效率不低于94.27%，相应工况的模型水轮机效率保证值不低于93.41%；在全部运行范围内，原型水轮机最高效率保证值不低于95.08%，模型水轮机最高效率保证值不低于94.22%(见表2)。

表2不同水头、不同出力的效率保证值

单位：%

5结语

和田喀拉格尔水电站增效扩容改造的实施，既消除了安全隐患又增加了一定的电站效益，成效显著，达到了较高的综合自动化水平，实现了电站“无人”值班、远程控制，安全可靠性、技术先进性以及社会经济性都有明显提高。同时，该电站改造为新疆立式水轮发电机组整体更换、水下二期混凝土全部拆除的第一例，为该类项目改造积累了宝贵经验。不但水能资源利用效率显著提高，增加现有水电装机出力，而且有效缓解了电力紧缺矛盾，更好地为边疆人民造福。

参考文献

[1]GB/T 50700—2011小型水电站技术改造规程[S].

[2]陈锡芳.水轮发电机改造增容与优化运行[M].北京：中国水利水电出版社，2010.

[3]新疆水利厅.关于转发农村水电增效扩容改造项目初步设计指导意见的通知[Z].2011.

[4]博尔塔拉蒙古自治州水利水电勘测设计院.和田县水力发电有限责任公司水电站增效扩容改造项目初步设计报告[R].2012.