浅谈上盖水电站机组出力不足原因及解决办法

黄宏东

摘  要：农村小水电站经多年运行出现了设备设施老化、发电效率降低、水工建筑老化诸多问题，对其进行增效扩容改造很有必要。但增效扩容改造是一个系统工程，改造过程中必须根据电站的各种实际情况和新技术结合。本文以上盖电站增效改造实例，对改造过程中出现的机组出力不足问题进行了系统分析并引进新技术进行解决，处置成果可为这类问题提供一定的参考。

关键词：小水电;出力不足;原因分析;新型技术应用

前言

上盖水电站位于那坡县百南乡中越边境上，属于渠道（隧洞）引水式电站，压力管的分布形式为一管两机，共装机四台，装机容量为4×1600kw，电站于上世纪八十年代初建成投产运行。该电站随着二十多年的运行，机组逐步老化残旧，机组的出力也在逐步下降。水电站于2005年技术改造前双机运行实际出力约为1200 kw，丰水期四台机共出力仅达到4800kw，未到5000 kw，单机最大实际出力约为1400 kw。如实施技术改造后，双机运行实际出力可达1400 kw，單机运行最大实际出力可达1600 kw，达到了机组的额定出力。丰水期四台机共出力约6500 kw，机组恢复和增加了出力约1600 kw，相当于新增一台机组，通过了对水轮机的技术改造获得了良好的效益。

一、概况

上盖水电站水轮机铭牌

压力管道共有两条主管，每根长主管长120m。压力主管为钢管直径Φ1.7m。分管直径Φ1.2m。机前阀直径Φ1.2m。

近些年，为了“上盖电站增效扩容改造工程”项目，邀请了广西某发电设备技术有限公司到现场通过对机组试运行的不同负荷状态和精密仪器得出的数据计算出上盖水电站的各种水头：

二、上盖电站机组出力不足的分析

要解决上述基本问题，首先要复核电站原水轮机HL220-WJ-71的实际水头与机组实际出力情况。

HL220-WJ-71的出力校核：（单位转速80.74转∕分即n11=nrD1/=750×0.71×）

经查HL220综合特性曲线得

最大单位流量Q11=1.08;

水机模型效率 0.89，修正后取水机效率ητ=0.86

发电机效率   1600 /1702 = 0.94

1.双机运行时工作水头43.5米相应最大出力：

分析：双机运行时约2400 kw则1200 kw/台，小于水轮机水力计算的1239 kw，说明机组逐步老化残旧漏水大，机组的出力在逐步下降。

2.单机运行时工作水头48.21米相应最大出力：

分析：单机机运行时约1400 kw/台，小于水轮机水力计算的1445 kw，原因同上已述。

以上式中：

Q：转轮过流量;Q11：单位流量;D1：转轮直径;Hj：工作水头。

原水轮机的水力理论计算与实际出力基本吻合。

通过对机组现有状态出力的计算可知：

1.机组的实际工作水头小于额定的工作水头，这是机组出力不足的根本原因。过去计划经济机组设备是分配而不是订购，因此和电站的实际情况有一定的出入。

2.再有目前机组实际工作水头情况下，旧转轮的最大单位流量Q11=1.08米3/秒偏小，转轮的过流能力不足，不能充分利用电站的现有能量，因此昆明电机厂生产的HL220-WT-71型转轮不能达到1600kw的要求，也是机组达不到额定出力的原因。

三、新型水轮机技术的应用

上盖电站在目前无法改变发电引水渠道流态情况下，厂家（广西某发电设备技术有限公司）推荐采用我国哈尔滨水轮机研究所开发的X型转轮，型号为HLA835型，取代老旧的HL220型。

我国在2000年初建设三峡水电站时引进了X型转轮技术，该项技术是瑞典开发的，具有当下世界先进水平，现我国的水电站已有不少的引进利用，均取得了很好的效果。

X型转轮技术的特点：

1、具有较大的过流能力和较高的效率;

2、适应一定的水头变化保持出力不变;

3、运行性能优良，大幅降低噪音、运行平稳等;

4、具有优良的抗气蚀性能。

相关的基本水力计算：

HLA835的技术参数

单机运行时工作水头48.21米，单位转速n11=76.69转/分

查单位流量Q11=1.24米3/秒。相应模型效率ηm=89.0 %，相应的转轮过流量：

HLA835型相关的水力计算：

机组出力：P=9.81QHηgητ   （取ητ=0.86）

=9.81×4.34×48.21×0.94×0.86

= 1659 kw

因此理论计算采用X型转轮能满足技改单机达到机组额定出力的要求。

压力钢管过流能力分析

压力主管为钢管直径Φ1.7m。分管直径Φ1.2m。

目前工作水头情况下，机组出力要达到1600kW，则每台机需要引用流量4.34米3/秒。

最大流量：Q = 2 × 4.34 = 8.68

主管相应流速：（U=Q/S即 8.68 / 3.14×（1.7/2）2 = 3.826米/秒

压力钢管的经济流速为3.5 – 5.0米/秒，过流能力满足设计要求。（同理分管的流速3.839米/秒）

另外上盖电站丰期弃水时间有3至4个月，（广西某发电设备技术有限公司）还核算了渠道的过流能力也满足用水要求。

新型号的转轮理论计算能够达到要求之后，当然实际技改时还进行了如下配套改造，还存在新转轮和原水轮机相匹配的问题。否则不能与实际结合就无法达到机组增加出力的目的。

（1）改造尾水锥管;

（2）更换泄水锥;

（3）配套加工水轮机后盖;

（4）配套改造导水机构（加大导水叶的开度）。

具体实施的过程有两个关键的要点：

1、新转轮的流道尺寸必须和原HL220型的流道尺寸比较近似，这样才能满足将旧机组适当改动后和新的HLA835型匹配。

2、必须现场实际测量水轮机内部的各空间配合尺寸，才能重新设计配套制作新的转轮。

这是因为机组已运行了二十多年，不可避免地造成磨损严重。如果按原来的图纸尺寸设计制作新转轮势必会造成配合间隙过大，漏水较多，影响机组的出力。

上盖水电站水轮机技改完成后：

双机运行实际出力可略超1400 kw，单机运行最大实际出力可略超1600 kw，达到了机组的额定出力。丰水期四台机共出力约6500 kw，机组恢复和增加了出力约1600 kw，相当于新增一台机组。

四、经济评估

本电站装机容量4×1600kw=6400kw，现状丰水期四台机共出力约4800 kw，年发电量2524.4万kw.h。水轮机技改完成后可增效双机运行实际出力可略超1400 kw，单机运行最大实际出力可略超1600 kw，丰水期四台机共出力约6500 kw，新增发电量为345.6万kw.h，年发电量2870.1万kw.h。从财务计算评价年内可增加成本收入345.6万kw.h×0.25元（物价局文件规定）=86.4万元（未扣税）。从宏观上看具有较好的经济效益，发展农村水电，对老旧水轮机进行技改，提高电站综合能效和安全性能，增加发电能力是有效的、可行的。从资源优化的角度看，提高了水资源的利用，增加了电站的发电量，同时也节约了能源，从而加快收益地区居民致富步伐，为全面建设小康社会作出具有显著的社会效益。

五、结束语

作为上盖水电站的老站长本人有幸参加了此次技改设计，体会到水电站增效扩容改造是一个系统工程，由于不是新建设备设施，改造过程涉及面较多，只有通过系统分析才能找到改造过程中出现的实际问题，采取针对措施。水电站的增容改造之所以取得成功，一是采用了先進的水轮机技术，二是将新技术和电站的实际情况结合起来，最终达到了预期效果。本电站机组出力不足的分析方式及技术引进改造措施为类似工程提供了一定的参考经验。

参考文献

[1]张有文.张继武.水电站机组出力不足原因分析[J]云南电力技术.2007，（01） 49-50

[2]王峥.杜童水电站机组出力不稳现象分析与处理[J].现代农村科技.2014（22）40