水電站水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備技術(shù)升級(jí)改造

馬意德

（韶關(guān)市廣前水電設(shè)備有限公司，廣東 韶關(guān)512029）

1 電站改造案例：連平縣河頭一級(jí)水電站水輪發(fā)電機(jī)組改造項(xiàng)目

1.1 電站改造前概況

連平縣河頭一級(jí)水電站設(shè)計(jì)水頭27.5m，最大水頭32.0m，設(shè)計(jì)流量9.0m3/s，現(xiàn)有裝機(jī)容量3×2000kW，引水壓力總管直徑Φ3.0m 鋼管，各臺(tái)水輪機(jī)的分叉管直徑為Φ1.75m 鋼管，與水輪機(jī)底環(huán)連接處尾水錐管直徑為Φ1.1m。

三臺(tái)機(jī)組銘牌參數(shù)如下表1：

表1 水輪發(fā)電機(jī)組及主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)一覽表

1.2 電站設(shè)備改造前存在的問(wèn)題

1.2.1 水輪機(jī)老化，轉(zhuǎn)輪效率比目前成熟轉(zhuǎn)輪效率低3%～4%；

1.2.2 設(shè)計(jì)流量9.0m3/s，以目前技術(shù)條件，針對(duì)HLA244 轉(zhuǎn)輪有提高效率的潛力；

1.2.3 發(fā)電機(jī)絕緣老化，電機(jī)通風(fēng)性能下降；

1.2.4 機(jī)組提效改造及附屬設(shè)備更換新型自動(dòng)化設(shè)備。

1.3 水輪發(fā)電機(jī)組改造方案設(shè)計(jì)思路

總體思路：除水輪機(jī)預(yù)埋底環(huán)處土建可適當(dāng)改變外，在引水壓力總管、各臺(tái)水輪機(jī)的分叉管、尾水錐管、尾水流道等現(xiàn)有主要過(guò)水設(shè)施、土建均不改變的前提下進(jìn)行擴(kuò)容。

1.4 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪選擇與比較

1.4.1 模型轉(zhuǎn)輪的選擇

電站目前使用的水輪機(jī)型號(hào)為HLA244-LJ-120，是20 世紀(jì)80 年代初期由哈爾濱大電機(jī)所研制的60m 以下水頭段轉(zhuǎn)輪。該轉(zhuǎn)輪最優(yōu)單位流量1080 L/s，限制工況單位流量1275 L/s，最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速80r/min，模型最優(yōu)效率91.7%，限制工況空蝕系數(shù)0.15。該轉(zhuǎn)輪空蝕性能差，單位性能指標(biāo)偏低，效率低。水輪機(jī)技術(shù)經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，相比目前較通用的轉(zhuǎn)輪，HLA244 的能量指標(biāo)已經(jīng)明顯偏低，屬于淘汰型號(hào)。水輪機(jī)目前裝機(jī)吸出高度-1.23 m，轉(zhuǎn)輪空蝕嚴(yán)重經(jīng)多次修補(bǔ)，葉片型線發(fā)生改變，根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)際效率大大下降，目前額定效率約89%左右。根據(jù)前面所說(shuō)的設(shè)計(jì)水頭27.5m，最大水頭32.0m，根據(jù)的實(shí)際情況，明確改造要求按設(shè)計(jì)流量8.8 m3/s，機(jī)組額定出力2000kW，以此來(lái)計(jì)算選擇新轉(zhuǎn)輪。在原水輪機(jī)整體流道不變，即進(jìn)水管、蝸殼進(jìn)口、尾水連接管和尾水?dāng)U散管等結(jié)構(gòu)尺寸基本不變條件下，目前適合本站使用的轉(zhuǎn)輪有HLSK3183、HLA551 等。模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)和模型水輪機(jī)流道參數(shù)比較表見(jiàn)下表2、表3。

表2 水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表

表3 模型水輪機(jī)流道參數(shù)比較表

從上表可以看出，HLA244、HLA551與HLSK3183 轉(zhuǎn)輪的導(dǎo)葉相對(duì)高度及導(dǎo)葉分布園直徑基本一致，進(jìn)水流道對(duì)新轉(zhuǎn)輪的過(guò)流能力和效率影響較小。而本次改造，為了節(jié)省造價(jià)，縮短直線工期，不改變水工部分，沿用原水輪機(jī)的進(jìn)水彎管和尾水?dāng)U散管，本階段暫選用以上三個(gè)模型轉(zhuǎn)輪，對(duì)水輪機(jī)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算、比選。

1.4.2 水電站提效增容的改造前后對(duì)比（表4）：

2 連平縣河頭一級(jí)電站改造總結(jié)

連平縣河頭一級(jí)電站三臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組的技術(shù)升級(jí)改造有明顯提升：

2.1 改造前單機(jī)出力為2000kW，改造后單機(jī)出力可以達(dá)到2800kW；

2.2 改造前3 臺(tái)機(jī)組總出力為5700kW, 改造后3 臺(tái)機(jī)組總出力可達(dá)7000k；

2.3 機(jī)組效率提高5%，出力提升22%，技術(shù)升級(jí)改造效果明顯；

2.4 運(yùn)行的噪音及震動(dòng)都比改造前有明顯的改善。

結(jié)論：在機(jī)組設(shè)備原有基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)備的核心部件進(jìn)行更換改造，達(dá)到提高效率，增加機(jī)組出力，改造效果明顯，該改造方案思路是新技術(shù)應(yīng)用的趨勢(shì)，必將為經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮更大的作用。

3 水電站水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備技術(shù)升級(jí)改造論證

在確定對(duì)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪實(shí)施技術(shù)改造之前，必須對(duì)計(jì)劃改造的機(jī)組進(jìn)行改造方案的研究分析論證，即編制水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪改造方案研究論證報(bào)告。

改造方案論證報(bào)告通常應(yīng)包括以下內(nèi)容：

3.1 電站機(jī)組全面詳細(xì)調(diào)研工作，找出機(jī)組存在的核心問(wèn)題和分析原因。

3.2 通過(guò)必要的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和分析計(jì)算，確認(rèn)電站運(yùn)行參數(shù)（工作水頭、流量、轉(zhuǎn)輪實(shí)際運(yùn)行單位轉(zhuǎn)速和單位流量等）。

3.3 根據(jù)調(diào)研結(jié)果和電站要求，明確改造目標(biāo)和原則，對(duì)水輪機(jī)增容、減容或者提高效率等目標(biāo)，都應(yīng)給出符合實(shí)際條件的科學(xué)的具體數(shù)值范圍。

3.4 改造轉(zhuǎn)輪初步選型設(shè)計(jì)，列出它的具體參數(shù)，需進(jìn)行改造前后轉(zhuǎn)輪性能計(jì)算比較、改造轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)與原機(jī)組參數(shù)進(jìn)行校核。

3.5 制定具體改造實(shí)施的技術(shù)方案和實(shí)施方案。

3.6 改造預(yù)算。根據(jù)改造內(nèi)容編制詳細(xì)的費(fèi)用預(yù)算。

3.7 預(yù)期改造效益簡(jiǎn)單評(píng)估。根據(jù)改造前后水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪性能比較數(shù)據(jù)，對(duì)改造后發(fā)電效益進(jìn)行評(píng)估計(jì)算。

3.8 技術(shù)改造方案論證工作的內(nèi)容應(yīng)符合水利部1997 年頒布實(shí)施的《小型水電站技術(shù)改造規(guī)程》所規(guī)定的要求。

表4 水輪發(fā)電機(jī)組增容改造前后有關(guān)的主要規(guī)格參數(shù)