新疆兵團(tuán)第二師38團(tuán)石門水庫(kù)壩后水電站雙轉(zhuǎn)輪水輪發(fā)電機(jī)組

劉俊麟 邱新元

【摘 要】38團(tuán)石門壩后水電站水源主要來自冰川融雪，該電站作為無電地區(qū)直供電的基荷電站，需要最大程度的發(fā)揮水能電力的優(yōu)勢(shì)，為灌區(qū)農(nóng)林牧提供電力能源。電站汛期與枯水期水頭與流量出現(xiàn)不同周期變化且變幅較大，為充分利用水能資源進(jìn)行，考慮采用國(guó)內(nèi)較為普遍的雙轉(zhuǎn)輪方案配合大小機(jī)組進(jìn)行選型。采用臥式機(jī)組，運(yùn)行上更易更換轉(zhuǎn)輪，具有很強(qiáng)的便利性。

【關(guān)鍵詞】雙轉(zhuǎn)輪 多泥沙 流量變幅大 水頭變幅大

擬建水源工程由石門水庫(kù)和平原沉沙調(diào)節(jié)池?cái)U(kuò)建工程組成，石門水庫(kù)位于莫勒切河出山口。新疆地區(qū)河流多為內(nèi)流河，以冰雪融水補(bǔ)給為主（額爾齊斯河除外），徑流季節(jié)變化大，夏季出現(xiàn)汛期，河流由上游到下游水量逐漸減少；流域面積?。欢杭竞铀鈨?，大部分冬季有斷流現(xiàn)象；途徑地區(qū)沙化嚴(yán)重，河水含沙量大。莫勒切河發(fā)源于昆侖山阿孜塔格冰川，上游由考克木然代牙、吉格代庫(kù)勒、色日克庫(kù)勒薩依、西日芒來代牙等十?dāng)?shù)條支流匯流而成。流域山體高大、陡峻。上游河谷寬達(dá)300～500m，卵石河床，兩岸為基巖；從河源至出山口河長(zhǎng)79km，縱坡1/50～1/80；源流區(qū)平均高程4259m，最高點(diǎn)四岔雪峰海拔6748m，河流出山口高程約2300m。河流出山后向北流約20km處分為東西兩支，西支流向民豐，東支流向硝爾堂。

1 水庫(kù)基本參數(shù)

①上游水庫(kù)校核洪水位：2397.41 m；②上游水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位：2395.25 m；③上游水庫(kù)正常蓄水位：2394 m；④上游水庫(kù)死水位：2365 m；⑤廠房處下游正常尾水位（3臺(tái)機(jī)組滿發(fā)）：2319.55 m（m3/s）；⑥廠房處下游最低尾水位（小機(jī)組滿發(fā)）：2317.9 m（m3/s）；⑦電站最大毛水頭：76.02 m；⑧電站最小毛水頭：45.45 m。

2 水輪機(jī)工作參數(shù)

①最大水頭：75.67m；②最小水頭：42.7 m；③汛期加權(quán)平均水頭：45.8 m；④非汛期加權(quán)平均水頭：64.8 m；⑤汛期額定水頭：44.6 m；⑥非汛期額定水頭：55.8 m；⑦電站設(shè)計(jì)引用流量：21.6 m3/s。

針對(duì)石門電站的多年平均流量、水頭及出力分布情況，特別是考慮到11月～來年4月電站多年平均出力均接近1600 kW這一特點(diǎn)，確定兩大一小的機(jī)組布置（2×3200kW+1×1600 kW）。根據(jù)水頭流量特點(diǎn)，選擇混流臥式機(jī)組。

針對(duì)電站汛期與枯水期水頭與流量變幅大的特點(diǎn)，大、小水輪機(jī)均采用配雙轉(zhuǎn)輪方案，即在43～55.8m水頭范圍，大、小水輪機(jī)均配汛期轉(zhuǎn)輪；而在55.8～76m水頭范圍，大、小水輪機(jī)均配枯水期轉(zhuǎn)輪。大、小水輪機(jī)枯水期與汛期只有轉(zhuǎn)輪與尾水錐管不同，其它部分均相同。

3 選型計(jì)算

（1）水輪機(jī)功率計(jì)算：

（2）轉(zhuǎn)速的計(jì)算：

（3）轉(zhuǎn)輪直徑計(jì)算：

Pr：水輪機(jī)額定功率，Pr= Pf/ηf；

Pf：發(fā)電機(jī)額定功率；

ηf： 發(fā)電機(jī)效率；

ηr： 水輪機(jī)效率；

中小型：0.95～0.96

大中型：0.96～0.98；

Q11r： 水輪機(jī)額定工況單位流量；

Hr： 水輪機(jī)的額定水頭；

n110： 模型最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速；

n11： 水頭對(duì)應(yīng)單位轉(zhuǎn)速；

（4）方案分析：1）大機(jī)水輪機(jī)汛期轉(zhuǎn)輪方案：①轉(zhuǎn)輪型號(hào)：JF2538-WJ-122（參考數(shù)科院轉(zhuǎn)輪模型）；②額定轉(zhuǎn)速：428.6r/min。2）大機(jī)水輪機(jī)枯水期轉(zhuǎn)輪方案：①轉(zhuǎn)輪型號(hào)：JF2523A-WJ-122（參考數(shù)科院轉(zhuǎn)輪模型）；②額定轉(zhuǎn)速：428.6r/min。3）小機(jī)水輪機(jī)汛期轉(zhuǎn)輪方案：①轉(zhuǎn)輪型號(hào)：JF1812-WJ-90（參考數(shù)科院轉(zhuǎn)輪模型）；②額定轉(zhuǎn)速：600r/min。4）小機(jī)水輪機(jī)枯水期轉(zhuǎn)輪方案：①轉(zhuǎn)輪型號(hào)：JF1809-WJ-90（參考數(shù)科院轉(zhuǎn)輪模型）；②額定轉(zhuǎn)速：600r/min。四種轉(zhuǎn)輪模型額定工況及高水頭工況下相關(guān)參數(shù)，如表1所示。

注：以上轉(zhuǎn)輪模型均為參考，涉及版權(quán)不提供模型曲線。

4 探討結(jié)論

通過對(duì)雙轉(zhuǎn)輪水輪發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用，可以看出在應(yīng)對(duì)流量及水頭變幅均較大時(shí)，可以采取這種運(yùn)行方式進(jìn)行有效的利用。臥式機(jī)組因其布置形式的特點(diǎn)，在采取雙轉(zhuǎn)輪運(yùn)行時(shí)，對(duì)機(jī)組的拆卸更換更加便利，而往往類似38團(tuán)石門子水庫(kù)壩后電站這種受汛期非汛期影響流量水頭較大的電站其裝機(jī)容量較小，從投資回報(bào)以及運(yùn)行維護(hù)上考慮，更適合臥式機(jī)組。作為基荷電站，力求發(fā)電效益最大化，在投資條件允許且有一定必要性的情況下，雙轉(zhuǎn)輪運(yùn)用能更好的為電站發(fā)電帶來更好的投資回報(bào)，甚至在一定條件下可以取代大小機(jī)組配合的傳統(tǒng)模式，更節(jié)省土建施工投資。