径流式开发水电站水轮机选型探讨

胡安江·居努斯

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830001）

1 概述

新疆境内绝大多数河流都发源于三大山脉（阿勒泰山、天山、昆仑山）的冰川地带，山区雪线以上终年积雪，并有冰川发育，其径流的补给方式以冰川积雪融水补给为主，降雨补给为辅，地下水补给次之的混合型补给。河源区分布着冰川和永久性积雪，相当于一座固体水库，对径流起着多年调节作用，加之夏季融水与降雨之间的相互补偿作用，使得河流的径流年际变化较小，径流年内分布很不均匀。

疆内众多河流之一的喀什河多年平均流量102.81 m3/s，多年平均径流量 32.44×108m3，丰水期大概为 5～9月，6～8月水量占全年的 56.1%，5～9月水量占全年的76.9%，1～3月水量占全年的6.6%，10～12月水量占全年的11.0%，枯水期大概为10～4月，这一时期水量约占全年的23.1%，其中12～2月水量最枯，这一时期水量约占全年的7.01%。

TSY水电站建设河流段，该河实测最大月平均流量为396 m3/s，最小月平均流量为 18.8 m3/s，最大、最小月平均流量之比高达 21.06，该河流段多年平均径流年内分配见表1。

表1 多年平均径流量年内分配表

2 选型设计

2.1 电站基本参数

TSY水电站为喀什河上游梯级开发的径流式电站，电站上游没有控制性具有调节性能的水利设施，水电站保证出力为5.26 MW，装机容量80 MW，多年平均年发电量为2.80亿kW·h，装机年利用小时数3 500 h，电站最大水头67 m，最小水头62.40 m，水头变幅较小，电量加权平均水头为64.53 m，根据水轮机适用水头范围，选用立轴混流式水轮机。

2.2 机组台数和单机容量的确定

常规水电站在水轮发电机组选型时，为了有利于工程设计和设备制造、运行管理、维护检修、备品备件的种类和数量、节省投资、降低成本，一般一座电站几台机组都选择同型号、同规格的机组。季节性流量变化不大的河流，水电站单机流量大于或接近河流最小月平均流量。喀什河多年平均径流量，年内径流随季节变化悬殊，丰水期流量是冬季枯水期流量的几十倍。

本电站装机容量为80 MW，占系统比重不大，考虑到冬季和夏季来水量变幅比较大，而且电站保证出力较小，可研阶段结合河流特性，兼顾混流式机组不宜在40%额定负荷以下运行等情况，从机组运行的灵活性、电站在电力系统中的作用及机组稳定运行等方面考虑，初拟机组台数为3台（2大1小和1大2小机组）、4台、6台4个方案，其单机容量分别为 1×10 MW+2×35 MW（方案 1）、2×10 MW+1×60 MW（方案 2）、2×10 MW+2×30 MW（方案 3）和 6×13.4 MW（方案 4）。

TSY水电站是以发电为主的径流式水电站，在电力系统中承担基荷任务,机组台数的确定应考虑单机容量占系统比重，机组运行方式，电站枢纽布置，机组制造水平等因素，通过技术经济比较确定。

根据电站发电引水流量情况对电站装机3台（2大1小和1大2小机组）、4台、6台机组共4个方案进行了详细的技术经济比较，TSY水电站装机台数、单机容量、主要技术参数和经济指标见表2机组台数比较表。

表2 TSY水电站机组台数比较表

根据表2的分析，结合图1可以得出以下结论：

（1）3台（2大1小机组）装机方案，机电设备投资和总投资较低，机组运行灵活性最差，冬季枯水期小机组运行时间较长，而且大、小机组流量衔接不顺畅。

（2）3台（1大2小机组）装机方案，机电设备投资最低，土建投资和总投资较低，但机组运行灵活性差，而且大、小机组流量衔接不顺畅，大机组偏大，部分负荷运行效率偏低。

（3）4台装机方案，机电设备投资与3台机方案相当，总投资最低；机组运行灵活性好，基本上根据引水量多少可以发多少电，发电效率高，冬季枯水期能更好的保证机组安全、稳定运行，机组布置和互换性好，但厂房布置尺寸比3台装机方案增大，安装工期较长。

（4）6台机方案可以充分利用冬季枯水期流量，机组运行灵活性好，机组互换性最好，运行管理较方便等优点，但存在机组台数多，厂房长度较大，机电设备和土建投资明显增加，总投资最大等缺点。

综合上述分析比较，考虑流域梯级开发情况、水工建筑物布置要求、电气设备布置要求和发电引水流量情况等，推荐装设4台（2×10+2×30 MW）机组方案的水轮发电机组。

图1 TSY水电站发电引水流量～保证率曲线

2.3 机组主要参数

电站以发电为主，运行水头范围62.40～67.00 m，采用混流式水轮机，立轴，金属蜗壳，通过招标阶段与设备制造厂家充分协商一致，最后确定的水轮机基本技术参数如表3：

表3 水轮机基本技术参数

旋转方向：从发电机端向下看为顺时针旋转。

目前TSY水电站已投入运行2年，机组各运行指标良好，充分发挥大、小机组合理搭配运行的优势，对新疆经济社会发展提供优质清洁的电能。

3 结束语

没有调节性能的径流式水电站，结合电站自身特点，通过大、小机组合理搭配的选型设计，根据不同季节河流来水量不同，投入不同的机组组合，使电站在较大流量范围内均高效、稳定运行，可以提高电站的发电效益和水能利用率，对机组选型阶段有借鉴价值。

TSY水电站已投入运行几年，向北疆地区持续不断提供大量廉价洁净的电能，对促进新疆经济社会发展，提高新疆各族人民生活水平，实现全面建成小康社会发挥着积极作用。