淺談上蓋水電站機組出力不足原因及解決辦法

黃宏東

摘 ?要：農村小水電站經多年運行出現了設備設施老化、發電效率降低、水工建筑老化諸多問題，對其進行增效擴容改造很有必要。但增效擴容改造是一個系統工程，改造過程中必須根據電站的各種實際情況和新技術結合。本文以上蓋電站增效改造實例，對改造過程中出現的機組出力不足問題進行了系統分析并引進新技術進行解決，處置成果可為這類問題提供一定的參考。

關鍵詞：小水電;出力不足;原因分析;新型技術應用

前言

上蓋水電站位于那坡縣百南鄉中越邊境上，屬于渠道（隧洞）引水式電站，壓力管的分布形式為一管兩機，共裝機四臺，裝機容量為4×1600kw，電站于上世紀八十年代初建成投產運行。該電站隨著二十多年的運行，機組逐步老化殘舊，機組的出力也在逐步下降。水電站于2005年技術改造前雙機運行實際出力約為1200 kw，豐水期四臺機共出力僅達到4800kw，未到5000 kw，單機最大實際出力約為1400 kw。如實施技術改造后，雙機運行實際出力可達1400 kw，單機運行最大實際出力可達1600 kw，達到了機組的額定出力。豐水期四臺機共出力約6500 kw，機組恢復和增加了出力約1600 kw，相當于新增一臺機組，通過了對水輪機的技術改造獲得了良好的效益。

一、概況

上蓋水電站水輪機銘牌

壓力管道共有兩條主管，每根長主管長120m。壓力主管為鋼管直徑Φ1.7m。分管直徑Φ1.2m。機前閥直徑Φ1.2m。

近些年，為了“上蓋電站增效擴容改造工程”項目，邀請了廣西某發電設備技術有限公司到現場通過對機組試運行的不同負荷狀態和精密儀器得出的數據計算出上蓋水電站的各種水頭：

二、上蓋電站機組出力不足的分析

要解決上述基本問題，首先要復核電站原水輪機HL220-WJ-71的實際水頭與機組實際出力情況。

HL220-WJ-71的出力校核：（單位轉速80.74轉∕分即n11=nrD1/=750×0.71×）

經查HL220綜合特性曲線得

最大單位流量Q11=1.08;

水機模型效率 0.89，修正后取水機效率ητ=0.86

發電機效率 ? 1600 /1702 = 0.94

1.雙機運行時工作水頭43.5米相應最大出力：

分析：雙機運行時約2400 kw則1200 kw/臺，小于水輪機水力計算的1239 kw，說明機組逐步老化殘舊漏水大，機組的出力在逐步下降。

2.單機運行時工作水頭48.21米相應最大出力：

分析：單機機運行時約1400 kw/臺，小于水輪機水力計算的1445 kw，原因同上已述。

以上式中：

Q：轉輪過流量;Q11：單位流量;D1：轉輪直徑;Hj：工作水頭。

原水輪機的水力理論計算與實際出力基本吻合。

通過對機組現有狀態出力的計算可知：

1.機組的實際工作水頭小于額定的工作水頭，這是機組出力不足的根本原因。過去計劃經濟機組設備是分配而不是訂購，因此和電站的實際情況有一定的出入。

2.再有目前機組實際工作水頭情況下，舊轉輪的最大單位流量Q11=1.08米3/秒偏小，轉輪的過流能力不足，不能充分利用電站的現有能量，因此昆明電機廠生產的HL220-WT-71型轉輪不能達到1600kw的要求，也是機組達不到額定出力的原因。

三、新型水輪機技術的應用

上蓋電站在目前無法改變發電引水渠道流態情況下，廠家（廣西某發電設備技術有限公司）推薦采用我國哈爾濱水輪機研究所開發的X型轉輪，型號為HLA835型，取代老舊的HL220型。

我國在2000年初建設三峽水電站時引進了X型轉輪技術，該項技術是瑞典開發的，具有當下世界先進水平，現我國的水電站已有不少的引進利用，均取得了很好的效果。

X型轉輪技術的特點：

1、具有較大的過流能力和較高的效率;

2、適應一定的水頭變化保持出力不變;

3、運行性能優良，大幅降低噪音、運行平穩等;

4、具有優良的抗氣蝕性能。

相關的基本水力計算：

HLA835的技術參數

單機運行時工作水頭48.21米，單位轉速n11=76.69轉/分

查單位流量Q11=1.24米3/秒。相應模型效率ηm=89.0 %，相應的轉輪過流量：

HLA835型相關的水力計算：

機組出力：P=9.81QHηgητ ? （取ητ=0.86）

=9.81×4.34×48.21×0.94×0.86

= 1659 kw

因此理論計算采用X型轉輪能滿足技改單機達到機組額定出力的要求。

壓力鋼管過流能力分析

壓力主管為鋼管直徑Φ1.7m。分管直徑Φ1.2m。

目前工作水頭情況下，機組出力要達到1600kW，則每臺機需要引用流量4.34米3/秒。

最大流量：Q = 2 × 4.34 = 8.68

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

壓力鋼管的經濟流速為3.5 – 5.0米/秒，過流能力滿足設計要求。（同理分管的流速3.839米/秒）

另外上蓋電站豐期棄水時間有3至4個月，（廣西某發電設備技術有限公司）還核算了渠道的過流能力也滿足用水要求。

新型號的轉輪理論計算能夠達到要求之后，當然實際技改時還進行了如下配套改造，還存在新轉輪和原水輪機相匹配的問題。否則不能與實際結合就無法達到機組增加出力的目的。

（1）改造尾水錐管;

（2）更換泄水錐;

（3）配套加工水輪機后蓋;

（4）配套改造導水機構（加大導水葉的開度）。

具體實施的過程有兩個關鍵的要點：

1、新轉輪的流道尺寸必須和原HL220型的流道尺寸比較近似，這樣才能滿足將舊機組適當改動后和新的HLA835型匹配。

2、必須現場實際測量水輪機內部的各空間配合尺寸，才能重新設計配套制作新的轉輪。

這是因為機組已運行了二十多年，不可避免地造成磨損嚴重。如果按原來的圖紙尺寸設計制作新轉輪勢必會造成配合間隙過大，漏水較多，影響機組的出力。

上蓋水電站水輪機技改完成后：

雙機運行實際出力可略超1400 kw，單機運行最大實際出力可略超1600 kw，達到了機組的額定出力。豐水期四臺機共出力約6500 kw，機組恢復和增加了出力約1600 kw，相當于新增一臺機組。

四、經濟評估

本電站裝機容量4×1600kw=6400kw，現狀豐水期四臺機共出力約4800 kw，年發電量2524.4萬kw.h。水輪機技改完成后可增效雙機運行實際出力可略超1400 kw，單機運行最大實際出力可略超1600 kw，豐水期四臺機共出力約6500 kw，新增發電量為345.6萬kw.h，年發電量2870.1萬kw.h。從財務計算評價年內可增加成本收入345.6萬kw.h×0.25元（物價局文件規定）=86.4萬元（未扣稅）。從宏觀上看具有較好的經濟效益，發展農村水電，對老舊水輪機進行技改，提高電站綜合能效和安全性能，增加發電能力是有效的、可行的。從資源優化的角度看，提高了水資源的利用，增加了電站的發電量，同時也節約了能源，從而加快收益地區居民致富步伐，為全面建設小康社會作出具有顯著的社會效益。

五、結束語

作為上蓋水電站的老站長本人有幸參加了此次技改設計，體會到水電站增效擴容改造是一個系統工程，由于不是新建設備設施，改造過程涉及面較多，只有通過系統分析才能找到改造過程中出現的實際問題，采取針對措施。水電站的增容改造之所以取得成功，一是采用了先進的水輪機技術，二是將新技術和電站的實際情況結合起來，最終達到了預期效果。本電站機組出力不足的分析方式及技術引進改造措施為類似工程提供了一定的參考經驗。

參考文獻

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