關(guān)于機(jī)組選型對(duì)于小型水電站改造的重要性分析

【摘要】新建小型水電站與改造小型水電站在技術(shù)方面的相關(guān)應(yīng)用有很大不同，尤其是在機(jī)組選型方面的選擇對(duì)需要改造的小型水電站有著重要的影響和意義。筆者將結(jié)合梅州市程江河C水電站分析機(jī)組選型對(duì)于小型水電站改造的重要性，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作人員提供重要的建議參考。

【關(guān)鍵詞】機(jī)組選型；小型水電站改造；重要性

程江是韓江一級(jí)支流，發(fā)源于江西尋鄔藍(lán)峰，在平遠(yuǎn)石正富石流入梅州，于梅縣梅西龍崗岌匯龍虎水，于南口東陂匯南口水后，在梅城烏廖沙流入梅江。程江有集雨面積718km2，河長94km，平均坡降2.68‰，流域內(nèi)植被較好，坡降陡，天然落差大，水力資源豐富。

程江在梅州境內(nèi)有集雨面積708km2，河長84km，水力資源理論蘊(yùn)藏量1.89萬kW，可開發(fā)裝機(jī)1.35萬kW。

自從進(jìn)入了20世紀(jì)之后，程江河建成了11座小型水電站，總裝機(jī)容量13.565MW，對(duì)當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展帶來了極大的貢獻(xiàn)。但是由于部分小型水電站存在以下幾個(gè)方面的問題：（1）修建的時(shí)間過久；（2）機(jī)器設(shè)備損壞嚴(yán)重；因此導(dǎo)致部分電站的利用效率以及設(shè)備效率大大降低。在改造小型水電站方面可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐墓こ虆^(qū)域現(xiàn)狀以及水環(huán)境進(jìn)行個(gè)性化的方案，繼而在改造老小型水電站的過程中進(jìn)行全面系統(tǒng)的審核，在此基礎(chǔ)上根據(jù)具體條件選擇適合的機(jī)組，使其能夠滿足現(xiàn)有的水力機(jī)械要求。除此之外，在機(jī)組選型的過程中不僅僅需要考慮到優(yōu)良的水力性能，還需要著重考慮到改造之后對(duì)土建工程的相關(guān)影響。為了有效解決上述問題的出現(xiàn)，筆者根據(jù)相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)程江河中的部分小型水電站進(jìn)行了相應(yīng)的改造。

一、改造小型水電站存在的基本問題

部分小型水電站存在修建的時(shí)間過久以及機(jī)器設(shè)備損壞嚴(yán)重等問題，在改造過程中需要面臨以下4個(gè)方面的問題。

（1）直流饋電系統(tǒng)以及水輪機(jī)設(shè)備等都處于馬虎的狀態(tài)，某河流域地區(qū)的機(jī)電設(shè)備仍然是上個(gè)世紀(jì)70年代末的產(chǎn)品，現(xiàn)階段的生產(chǎn)廠家已經(jīng)不再生產(chǎn)相關(guān)零件，大部分的零件設(shè)備已經(jīng)過時(shí)，跟不上時(shí)代的發(fā)展潮流，因此在維修的過程中成本極高，除此之外，大部分的零配件無法進(jìn)行及時(shí)的更換處理。

（2）發(fā)電機(jī)定子線圈老化絕緣非常嚴(yán)重。隨著發(fā)電機(jī)設(shè)備的使用年限逐漸增長，當(dāng)發(fā)電機(jī)的出力達(dá)到60.5%～70.5%的時(shí)候，發(fā)電機(jī)定子的溫度達(dá)到了90°C。為了保證設(shè)備的安全以及相關(guān)工作人員的安全，發(fā)電機(jī)的處理額定限度在60.5%～80.5%之間，因此從上述角度來看，發(fā)電機(jī)一直處于不良狀態(tài)。

（3）高壓開關(guān)柜的關(guān)鍵部位老化現(xiàn)象非常嚴(yán)重。某河流域的發(fā)電站高壓開關(guān)柜是GGA型號(hào)，其斷路器為SN11-12型少油斷路器，SN11-12型號(hào)的斷路器已經(jīng)被時(shí)代所淘汰。除此之外，SN11-12型號(hào)的斷路器接觸電阻嚴(yán)重超標(biāo)，不能夠滿足相關(guān)需求。并且經(jīng)過多次查詢之后發(fā)現(xiàn)SN11-12型號(hào)已經(jīng)沒有廠家在生產(chǎn)，所以SN11-12型號(hào)的一些零部件已經(jīng)無法購買。

水輪機(jī)葉片汽蝕嚴(yán)重，導(dǎo)水葉開度不足，過流能力受限。因機(jī)組生產(chǎn)年代久遠(yuǎn)，鑒于當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)水平和生產(chǎn)工藝，機(jī)械部件均出現(xiàn)不同程度磨損，且目前大部分產(chǎn)品已列入國家淘汰產(chǎn)品目錄。

二、確定機(jī)組選型方案

1 程江河C水電站的基本情況

該水電站最早是在20世紀(jì)80年代末期建成，總裝機(jī)為2400KW，在2003年，該水電站的平均引水流量約為30m3/s，后因?qū)嵤┠稠?xiàng)水利工程，66.67%水電站的水量被分配到了其他地方，繼而導(dǎo)致通過該水電站的平均引水流量僅僅只有20.1m3/s。從上述數(shù)據(jù)來看，對(duì)原有的水輪機(jī)進(jìn)行了相關(guān)報(bào)廢處理，繼而使得電站裝機(jī)變成了1500KW，其中一共有2臺(tái)電站裝機(jī)，每一臺(tái)為750KW，水頭約15.01m，平均引水流量為20.1m3/s。該水電站在改造的過程中原有的裝機(jī)臺(tái)數(shù)無變化，水頭以及水情有一定程度的變化。

2 比較機(jī)組選型方案

在比較機(jī)組選型方案之前需要對(duì)裝機(jī)形式進(jìn)行比較，筆者選取了600KW 1臺(tái)+1050KW 1臺(tái)臺(tái)以及750KW 2臺(tái)的方案。

方案一：采用600KW 1臺(tái)+1050KW 1臺(tái)的方案需要選擇ZDHF878-LJ-87，配發(fā)電機(jī)HF-K445-11/1524，通過相關(guān)調(diào)查研究結(jié)果顯示，該水電站現(xiàn)有的水輪機(jī)為ZJ645a-HU-102，配電機(jī)HF-K854-11/1524。該水電站現(xiàn)有的水輪機(jī)尾水肘進(jìn)口直徑為1310mm，進(jìn)口面積為1.324m2，除此之外，水輪機(jī)蝸殼斷面底高為1385mm/底寬為586mm/頂寬為855mm，斷面的總面積為1.005m2，本文中所選取的ZDHF878-LJ-87型號(hào)水輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為426.7r/min、額定水頭為14.1m，單位轉(zhuǎn)速為130.7r/min，機(jī)組額定處理為1021KW，槳葉安放角度為4°～7°之間，平均差值為5.5°，水輪機(jī)的額定模型效率為90.6%。根據(jù)相關(guān)水輪機(jī)的設(shè)計(jì)手冊不難發(fā)現(xiàn)，需要綜合考慮到尾水肘混凝土的澆筑差以及模型機(jī)與原型機(jī)之間的差異，原型機(jī)的額定效率取數(shù)值88.9%，那么水輪機(jī)的額定流量需要8.457m3/s。根據(jù)水輪機(jī)的相關(guān)原則，ZDHF878-LJ-87型號(hào)的水輪機(jī)尾肘進(jìn)口直徑為1391mm，現(xiàn)狀進(jìn)口面積為1.351m2，水輪機(jī)尾肘進(jìn)口面積為1.514m2，水輪機(jī)蝸殼斷面底高為1765mm/底寬為822mm/頂寬為1136mm，斷面的總面積為1.754m2，此時(shí)現(xiàn)狀的斷面總面積為1.005m2；從上述數(shù)據(jù)來看，尾肘進(jìn)口的速度應(yīng)為5.569m/s，蝸殼斷面流速為4.836m/s。一旦想要維持現(xiàn)有尾水管不動(dòng)的情況，則需要立即考慮流速與尾水管水力損失的情況。為了使得尾水管水力損失在可控制的合理范圍之內(nèi)，則需要維持好尾水管的平均流速，由于原尾肘管的過流量為7.534m3/s，再加上水輪機(jī)的有效運(yùn)行區(qū)域僅為72.8%～100.8%額定出力，所以該水輪機(jī)的有效運(yùn)行區(qū)域僅僅為689KW～1028KW之間，一旦尾肘管超過了7.534m3/s的水量，而此時(shí)的水輪機(jī)單位轉(zhuǎn)速為130.7r/min，單位流量為1.547m3/s，根據(jù)綜合曲線的相關(guān)規(guī)定，水輪機(jī)的模型效率僅僅為85.1%，而整機(jī)效率為80.2%，機(jī)組出力僅僅達(dá)到811.6KW。而一旦加大對(duì)尾肘管的過流量，那么其水力損失就會(huì)相應(yīng)的增大。此時(shí)，機(jī)組出力就不能夠得到有效提高。同理分析蝸殼運(yùn)行，由于新的水輪機(jī)的座環(huán)直徑被加大，因此會(huì)占據(jù)部分原有蝸殼過流的空間與時(shí)間，蝸殼的有效過流量與此同時(shí)也會(huì)相應(yīng)的減少，并且最終影響到運(yùn)行效率。一旦堅(jiān)持使用此方案，那么必然需要拆除整個(gè)機(jī)組，對(duì)土建的工程量影響較大。根據(jù)水利部對(duì)小型水電站技術(shù)改造的指導(dǎo)意見，改造方案應(yīng)充分考慮原機(jī)型和布置形式，盡可能利用原機(jī)組埋入部件和廠房建筑，節(jié)省改造成本。所以，方案一不適用。

方案二：選用750KW 2臺(tái)的方案，水輪機(jī)的型號(hào)為ZD454-LJ-105，配發(fā)電機(jī)SI-K865-11/1524。查此轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線和模型曲線，以及對(duì)照轉(zhuǎn)輪，進(jìn)水口，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，尾水管等尺寸，選用的水輪機(jī)為原水輪機(jī)ZJ645a-HU-102的改進(jìn)型號(hào)，在基本不改變現(xiàn)有埋入部件和廠房尺寸的前提下，提高了機(jī)組效率，能達(dá)到額定出力，滿足發(fā)電要求，充分利用水資源和提高綜合能效。因此，本工程采用方案二的方案。

三、結(jié)束語

綜上所述，小型水電站的機(jī)組改造在運(yùn)行過程中是比較常見的方法之一，通過更換相關(guān)機(jī)組繼而可以在一定程度上提高發(fā)電量，并且加大小型水電站的綜合效益；除此之外，利用現(xiàn)有的壓力管道能夠達(dá)到節(jié)約資源以及機(jī)組安裝的相關(guān)要求。

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