一種較為簡潔的水電站增效擴容方案

鄧小林

（清遠市銀益水電實業有限公司，廣東 清遠511542）

1 電站概況

某電站裝機容量 15MW（3×5MW），于 2001年投產。電站多年平均發電量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，額定轉速 750r/min。發電機型號SF5000-8/2600A，額定容量6250kVA，B級絕緣，額定電流572.8A。因所處電網要求功率因數較高（大于95%），額定出力下發電機定子電流約480A，運行溫度低于80℃，發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級檢修進行增效擴容。

2 現 HLA548-LJ-105 水輪機特性分析

從廠家給出的轉輪綜合模型特性曲線看出，原轉輪的最高效率點在額定負荷附近。設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，選配效率更高的轉輪，通過對頂蓋上止漏環、導葉進行優化改造，在調速器主接力器行程不變的情況下，通過更改控制環大耳銷孔位置來增加導葉開度等措施，達到增效擴容的目的。

3.1 轉輪的選擇

通過選型設計，選擇了HLYL41-LJ-107型轉輪（見圖2）。兩種型號轉輪的基本參數對比如表1所示。

表1 兩種型號轉輪基本參數

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

圖2 HLYL41-LJ-107轉輪模型特性曲線

圖3 兩型號轉輪運轉特性曲線對比

兩型號轉輪導葉高度、下冠尺寸相同，基本尺寸相近，實現改型只需要改動上止漏環尺寸。更改前后頂蓋等相關尺寸如圖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，通過校核頂蓋結構，此項改變在原設計裕量中，改造后不會對原結構造成影響。

圖4 改造前的頂蓋

圖5 改造后的頂蓋

3.2 活動導葉葉型的改變

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

圖6 對稱葉型導葉

圖7 新設計的導葉示意圖

在調速器主接力器行程不變的情況下，通過改變控制環大耳銷孔位置，擴大導葉開度，達到增容的效果。經計算，控制環大耳銷孔逆時針偏移42mm，導葉最大開度擴大到82.72mm。改變前后的控制環大耳行程與導葉開度關系曲線如圖8、圖9所示。

圖8 修改后的控制環大耳行程與導葉開度關系

圖9 原控制環大耳行程與導葉關系

4 改造后的運行效果

利用本次A級檢修，電站對導葉、轉輪、控制環等進行了改造，更換了新型號轉輪和導葉，重新配鉆了控制環大耳銷孔等。

試驗及運行數據顯示，額定水頭下，機組啟動開度17%，空載開度11%，甩100%負荷時轉速上升率28%，蝸殼壓力上升率30%，滿足機組調保要求。當導葉開度為78%時，發電機出力達到5MW，此時水輪機頂蓋、導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。當導葉開度為98%時，發電機達到最大出力，此時出力達到6MW，發電機定子電流580A，超過額定電流8A。此時機組運行平穩，各部振動及噪聲與5MW時基本相同。

5 結束語

本次增效擴容，是通過更換尺寸相近轉輪、其他部件改動不大的方式實現的，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，單日單機發電量增加了約6%。