一種較為簡潔的水電站增效擴容方案

鄧小林

（清遠(yuǎn)市銀益水電實業(yè)有限公司，廣東 清遠(yuǎn)511542）

1 電站概況

某電站裝機容量 15MW（3×5MW），于 2001年投產(chǎn)。電站多年平均發(fā)電量5200萬kW·h。額定水頭133m，最高水頭134.1m，水輪機型號HLA548-LJ-105，額定流量 4.5m3/s，額定轉(zhuǎn)速 750r/min。發(fā)電機型號SF5000-8/2600A，額定容量6250kVA，B級絕緣，額定電流572.8A。因所處電網(wǎng)要求功率因數(shù)較高（大于95%），額定出力下發(fā)電機定子電流約480A，運行溫度低于80℃，發(fā)電機有較大增容余量。電站在汛期時多有棄水，水工方面有增容潛力，擬利用本年度A級檢修進(jìn)行增效擴容。

2 現(xiàn) HLA548-LJ-105 水輪機特性分析

從廠家給出的轉(zhuǎn)輪綜合模型特性曲線看出，原轉(zhuǎn)輪的最高效率點在額定負(fù)荷附近。設(shè)備制造廠給出的水輪機最高效率為92%（額定點）。

3 增效擴容改造思路

圖1 A548-LJ-105模型綜合特性曲線

本次增效擴容，選配效率更高的轉(zhuǎn)輪，通過對頂蓋上止漏環(huán)、導(dǎo)葉進(jìn)行優(yōu)化改造，在調(diào)速器主接力器行程不變的情況下，通過更改控制環(huán)大耳銷孔位置來增加導(dǎo)葉開度等措施，達(dá)到增效擴容的目的。

3.1 轉(zhuǎn)輪的選擇

通過選型設(shè)計，選擇了HLYL41-LJ-107型轉(zhuǎn)輪（見圖2）。兩種型號轉(zhuǎn)輪的基本參數(shù)對比如表1所示。

表1 兩種型號轉(zhuǎn)輪基本參數(shù)

從圖2可以看出，HLYL41-LJ-107型轉(zhuǎn)輪效率相對要高。通過對比發(fā)現(xiàn)（圖3），HLYL41-LJ-107型轉(zhuǎn)輪高效率區(qū)間較寬，更加適合電站實際。

圖2 HLYL41-LJ-107轉(zhuǎn)輪模型特性曲線

圖3 兩型號轉(zhuǎn)輪運轉(zhuǎn)特性曲線對比

兩型號轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉高度、下冠尺寸相同，基本尺寸相近，實現(xiàn)改型只需要改動上止漏環(huán)尺寸。更改前后頂蓋等相關(guān)尺寸如圖4、圖5所示。

由圖4、圖5可以看出，本次改造對機組固定部分改動很少，通過校核頂蓋結(jié)構(gòu)，此項改變在原設(shè)計裕量中，改造后不會對原結(jié)構(gòu)造成影響。

圖4 改造前的頂蓋

圖5 改造后的頂蓋

3.2 活動導(dǎo)葉葉型的改變

本機組原導(dǎo)葉為對稱葉型導(dǎo)葉（見圖6），厚度呈線性關(guān)系，頭部厚度較大，水流在導(dǎo)葉進(jìn)口處有一定的撞擊損失。本次技改擬更換為負(fù)曲率葉型導(dǎo)葉（見圖7），最大程度減小水流在導(dǎo)葉頭部的撞擊。

圖6 對稱葉型導(dǎo)葉

圖7 新設(shè)計的導(dǎo)葉示意圖

在調(diào)速器主接力器行程不變的情況下，通過改變控制環(huán)大耳銷孔位置，擴大導(dǎo)葉開度，達(dá)到增容的效果。經(jīng)計算，控制環(huán)大耳銷孔逆時針偏移42mm，導(dǎo)葉最大開度擴大到82.72mm。改變前后的控制環(huán)大耳行程與導(dǎo)葉開度關(guān)系曲線如圖8、圖9所示。

圖8 修改后的控制環(huán)大耳行程與導(dǎo)葉開度關(guān)系

圖9 原控制環(huán)大耳行程與導(dǎo)葉關(guān)系

4 改造后的運行效果

利用本次A級檢修，電站對導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪、控制環(huán)等進(jìn)行了改造，更換了新型號轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)葉，重新配鉆了控制環(huán)大耳銷孔等。

試驗及運行數(shù)據(jù)顯示，額定水頭下，機組啟動開度17%，空載開度11%，甩100%負(fù)荷時轉(zhuǎn)速上升率28%，蝸殼壓力上升率30%，滿足機組調(diào)保要求。當(dāng)導(dǎo)葉開度為78%時，發(fā)電機出力達(dá)到5MW，此時水輪機頂蓋、導(dǎo)軸承處垂直振動振幅為0.016mm，水平振動振幅為0.008mm，水輪機運行平穩(wěn)。當(dāng)導(dǎo)葉開度為98%時，發(fā)電機達(dá)到最大出力，此時出力達(dá)到6MW，發(fā)電機定子電流580A，超過額定電流8A。此時機組運行平穩(wěn)，各部振動及噪聲與5MW時基本相同。

5 結(jié)束語

本次增效擴容，是通過更換尺寸相近轉(zhuǎn)輪、其他部件改動不大的方式實現(xiàn)的，投資較小。通過與另外2臺未改造的機組比較，在來水量基本相同情況下，單日單機發(fā)電量增加了約6%。