昌马旧总干龙腾电站水轮机选型设计

昌马旧总干龙腾电站水轮机选型设计

张丽

(甘肃省疏勒河流域水资源管理局，甘肃 玉门735211)

摘要：水轮机作为电站的最重要部件之一，实现了水流由动能到电能的转换，选型的好坏直接关系到水电站的实际运行参数能否与水轮机的主要性能指标参数相匹配，关系到电站能否充分利用水能资源达到最佳的经济效益。本文结合昌马旧总干龙腾电站实际，借助水轮机型谱模型转轮综合特性曲线图分析，进行小型水电站水轮机选择设计。

关键词：龙腾电站；水轮机选择；机型分析

中图分类号：TK73

Changma Old General Main Channel Longteng Power Station Turbine

Model Selection Design

ZHANG Li

(GansuShuleRiverBasinWaterAuthority,Yumen735211,China)

Abstract：As one of the important parts of power station, turbine realizes the conversion of water flow from kinetic energy to electrical energy Mode selection quality directly affects whether actual operation parameters of hydropower station can be matched with main performance indicator parameters of turbine or not, which is related to whether the power station can fully utilize hydropower resources to reach the best economic performance or not. In the paper, small hyropower station turbine type selection is designed based on actual situation of Changma Old General Main Channel Longteng Power Station and turbine type spectrum model rotation wheel comprehensive characteristic curve analysis.

Keywords：Longteng Power Station; turbine selection; model analysis

1工程概况

昌马旧总干渠位于甘肃省玉门市境内的疏勒河中游，总长42.2km，渠道落差大，设有陡坡建筑物52座，设计流量35m3/s,是调引疏勒河水向昌马、双塔、花海三大灌区8.93万hm2耕地输水的主动脉。龙腾电站位于昌马旧总干渠12号陡坡至15号陡坡之间，利用昌马旧总干渠的农业灌溉水量进行发电。电站共装机3台，总装机容量为6600kW(3×2200kW)。水电站自从建成开始，每年的发电量平均在3000万kW·h左右，年平均利用小时达到了5167h以上。水电站与玉门市玉门镇开关站通过110kV线路相连，所发电量并入酒嘉电网。

2电站基本参数

2.1水头参数

根据昌马旧总干渠渠首多年平均水位、渠道输水损失及运行方式，确定水头参数。

a.最大水头：Hmax=23.2m。

b.最小水头：Hmin=22.1m。

c.设计水头：Hd=22.5m。

2.2流量参数

a.最大流量：Qmax=12.6m3/s(单台)。

b.最小流量：Qmin=9.2m3/s(单台)。

c.设计流量：Qd=11.5m3/s(单台)。

3水轮机选型

水轮机作为电站的核心部件，能通过转轮将水流的动能转化为机械能进而转化成电能。每个水电站的水头和流量往往不尽相同，并且每一种类型的水轮机其转化能量的参数特征和能力也不同，因此，合适的水轮机型号对水电站能否高效利用水能资源具有重要影响。

龙腾电站发电水头22.2～23m，单机发电流量9.5～11.67m3/s，属中低水头、中流量型引水式电站。龙腾电站的水头和发电流量变化较小，通过技术经济方案比较可知，轴流式水轮机比较可行。

目前，国内外进行电站水轮机选型的理论和方法较多，而通过水轮机型谱转轮综合特性曲线进行水轮机选型的方法使用较广。通过较流行的轴流式转轮型谱，适合该电站的机型初步选择ZDJP502和ZD500两种，其主要指标参见表1[1]。

表1　所选水轮机性能指标

从表1可以看出，在最优工况下ZD500(φ=10°)机型单位转速高，单位流量大，但效率比ZDJP502(φ=0°)机型低，汽蚀系数较大。在限制工况下ZDJP502(φ=0°)机型单位流量大，效率高。

3.1转轮直径初选

计算。

式中Nr——水轮机额定出力,Nr=2200/0.95=2316kW;

Hr——设计水头;

η——水轮机效率，初次计算D1时选最优效率η。

通过计算可知, ZDJP502(φ=0°)机型D1=1.32m，ZD500(φ=10°)机型D1=1.35m。

在利用上式计算过程中，不同工况点参数的选择对计算结果影响较大：限制工况点参数下将导致转轮半径较小、转速快；最优工况点参数下将导致转轮半径较大、转速较低。因此，计算参数选取两种工况点下的平均值和相应的效率计算转轮直径，但具体问题应具体分析，要结合来水流量范围以及流量偏向趋势的具体情况来确定，若流量今后有增大的趋势，可考虑采用最优工况点的参数。总之以出力最好效益最大为目的。

3.2水轮机转速n的确定

Hav——加权平均水头；

D1——转轮直径，取上述计算值。

经计算参照发电机标准同步转速确定ZDJP502(φ=0°)型和ZD500(φ=10°)型的转速n=428.6r/min。

3.3转轮直径D1确定

3.4工作范围计算

水轮机直径和转速确定后，在不同的水头和水流量情况下，将水轮机的相似工作范围在转轮综合特性曲线图上绘出，根据运行工作范围区检验是否包含了大部分高效区。

计算公式为

计算成果见表2。

表2　所选水轮机工作范围

3.5两种机型方案的分析比较

由水轮机工作范围计算可知，在水头和流量相同的工况下，ZDJP502(φ=0°)型水轮机效率比ZD500(φ=10°)型水轮机要高，ZDJP502(φ=0°)型和ZD500(φ=10°)型均包含了最优工况点，但ZDJP502(φ=0°)型最优工况点的效率为92.6%，而ZD500(φ=10°)型只有88.1%。ZDJP502(φ=0°)型的转轮直径小、过流能大，且机组价格低，汽蚀系数小，减小了厂房的开挖量，节省了土建投资。最终推荐ZDJP502(φ=0°)型作为龙腾电站的水轮机型号。

4结语

水轮机的选型要综合考虑各方面的因素，根据每个电站的不同参数和特点综合分析比较，选择合适的型号。在保证水电站正常运行的基础上，尽量选择技术先进、性能较高的新型水轮机，增大水轮机工作效率，尽可能做到合理高效节能地利用水能。这就要求设计者在工作中应与时俱进，不断学习先进技术、设备更新方面的知识，通过技术进步和选型优化提高水电站建设水平。

简讯

西藏多布水电站成功截流

12月12日，西藏多布水电站成功截流，为明年首台机组发电奠定基础。

当日，随着水电基础工程局最后一车石料倒入截流龙口，奔流的尼洋河水，顺从地流过泄洪闸，标志着多布水电站截流成功。西藏尼洋河多布水电站于2011年开工建设，位于西藏林芝地区林芝县境内，装机容量120兆瓦，年设计发电量5.06亿度，总投资24.2亿元人民币。

该工程主要由拦河坝、泄水和发电等建筑物组成，是西藏第十二个五年规划期间能源发展重点项目。

工程开工以来的1300多个昼夜，项目部攻克了软基建坝、基坑排水、资金紧缺、进度滞后等诸多难题。多布水电站是尼洋河综合治理与保护规划优先项目，一旦投产发电，对缓解藏中电网供电紧张局面，促进西藏经济社会发展具有重要意义。

来源：中国新闻网 中国水力发电工程学会网2014年12月16日

http://www.hydropower.org.cn/showNewsDetail.asp?nsId=15102