【摘要】新建小型水電站與改造小型水電站在技術(shù)方面的相關(guān)應(yīng)用有很大不同,尤其是在機(jī)組選型方面的選擇對(duì)需要改造的小型水電站有著重要的影響和意義。筆者將結(jié)合梅州市程江河C水電站分析機(jī)組選型對(duì)于小型水電站改造的重要性,以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作人員提供重要的建議參考。
【關(guān)鍵詞】機(jī)組選型;小型水電站改造;重要性
程江是韓江一級(jí)支流,發(fā)源于江西尋鄔藍(lán)峰,在平遠(yuǎn)石正富石流入梅州,于梅縣梅西龍崗岌匯龍虎水,于南口東陂匯南口水后,在梅城烏廖沙流入梅江。程江有集雨面積718km2,河長(zhǎng)94km,平均坡降2.68‰,流域內(nèi)植被較好,坡降陡,天然落差大,水力資源豐富。
程江在梅州境內(nèi)有集雨面積708km2,河長(zhǎng)84km,水力資源理論蘊(yùn)藏量1.89萬(wàn)kW,可開(kāi)發(fā)裝機(jī)1.35萬(wàn)kW。
自從進(jìn)入了20世紀(jì)之后,程江河建成了11座小型水電站,總裝機(jī)容量13.565MW,對(duì)當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展帶來(lái)了極大的貢獻(xiàn)。但是由于部分小型水電站存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:(1)修建的時(shí)間過(guò)久;(2)機(jī)器設(shè)備損壞嚴(yán)重;因此導(dǎo)致部分電站的利用效率以及設(shè)備效率大大降低。在改造小型水電站方面可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐墓こ虆^(qū)域現(xiàn)狀以及水環(huán)境進(jìn)行個(gè)性化的方案,繼而在改造老小型水電站的過(guò)程中進(jìn)行全面系統(tǒng)的審核,在此基礎(chǔ)上根據(jù)具體條件選擇適合的機(jī)組,使其能夠滿足現(xiàn)有的水力機(jī)械要求。除此之外,在機(jī)組選型的過(guò)程中不僅僅需要考慮到優(yōu)良的水力性能,還需要著重考慮到改造之后對(duì)土建工程的相關(guān)影響。為了有效解決上述問(wèn)題的出現(xiàn),筆者根據(jù)相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn),對(duì)程江河中的部分小型水電站進(jìn)行了相應(yīng)的改造。
一、改造小型水電站存在的基本問(wèn)題
部分小型水電站存在修建的時(shí)間過(guò)久以及機(jī)器設(shè)備損壞嚴(yán)重等問(wèn)題,在改造過(guò)程中需要面臨以下4個(gè)方面的問(wèn)題。
(1)直流饋電系統(tǒng)以及水輪機(jī)設(shè)備等都處于馬虎的狀態(tài),某河流域地區(qū)的機(jī)電設(shè)備仍然是上個(gè)世紀(jì)70年代末的產(chǎn)品,現(xiàn)階段的生產(chǎn)廠家已經(jīng)不再生產(chǎn)相關(guān)零件,大部分的零件設(shè)備已經(jīng)過(guò)時(shí),跟不上時(shí)代的發(fā)展潮流,因此在維修的過(guò)程中成本極高,除此之外,大部分的零配件無(wú)法進(jìn)行及時(shí)的更換處理。
(2)發(fā)電機(jī)定子線圈老化絕緣非常嚴(yán)重。隨著發(fā)電機(jī)設(shè)備的使用年限逐漸增長(zhǎng),當(dāng)發(fā)電機(jī)的出力達(dá)到60.5%~70.5%的時(shí)候,發(fā)電機(jī)定子的溫度達(dá)到了90°C。為了保證設(shè)備的安全以及相關(guān)工作人員的安全,發(fā)電機(jī)的處理額定限度在60.5%~80.5%之間,因此從上述角度來(lái)看,發(fā)電機(jī)一直處于不良狀態(tài)。
(3)高壓開(kāi)關(guān)柜的關(guān)鍵部位老化現(xiàn)象非常嚴(yán)重。某河流域的發(fā)電站高壓開(kāi)關(guān)柜是GGA型號(hào),其斷路器為SN11-12型少油斷路器,SN11-12型號(hào)的斷路器已經(jīng)被時(shí)代所淘汰。除此之外,SN11-12型號(hào)的斷路器接觸電阻嚴(yán)重超標(biāo),不能夠滿足相關(guān)需求。并且經(jīng)過(guò)多次查詢之后發(fā)現(xiàn)SN11-12型號(hào)已經(jīng)沒(méi)有廠家在生產(chǎn),所以SN11-12型號(hào)的一些零部件已經(jīng)無(wú)法購(gòu)買。
水輪機(jī)葉片汽蝕嚴(yán)重,導(dǎo)水葉開(kāi)度不足,過(guò)流能力受限。因機(jī)組生產(chǎn)年代久遠(yuǎn),鑒于當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)水平和生產(chǎn)工藝,機(jī)械部件均出現(xiàn)不同程度磨損,且目前大部分產(chǎn)品已列入國(guó)家淘汰產(chǎn)品目錄。
二、確定機(jī)組選型方案
1 程江河C水電站的基本情況
該水電站最早是在20世紀(jì)80年代末期建成,總裝機(jī)為2400KW,在2003年,該水電站的平均引水流量約為30m3/s,后因?qū)嵤┠稠?xiàng)水利工程,66.67%水電站的水量被分配到了其他地方,繼而導(dǎo)致通過(guò)該水電站的平均引水流量?jī)H僅只有20.1m3/s。從上述數(shù)據(jù)來(lái)看,對(duì)原有的水輪機(jī)進(jìn)行了相關(guān)報(bào)廢處理,繼而使得電站裝機(jī)變成了1500KW,其中一共有2臺(tái)電站裝機(jī),每一臺(tái)為750KW,水頭約15.01m,平均引水流量為20.1m3/s。該水電站在改造的過(guò)程中原有的裝機(jī)臺(tái)數(shù)無(wú)變化,水頭以及水情有一定程度的變化。
2 比較機(jī)組選型方案
在比較機(jī)組選型方案之前需要對(duì)裝機(jī)形式進(jìn)行比較,筆者選取了600KW 1臺(tái)+1050KW 1臺(tái)臺(tái)以及750KW 2臺(tái)的方案。
方案一:采用600KW 1臺(tái)+1050KW 1臺(tái)的方案需要選擇ZDHF878-LJ-87,配發(fā)電機(jī)HF-K445-11/1524,通過(guò)相關(guān)調(diào)查研究結(jié)果顯示,該水電站現(xiàn)有的水輪機(jī)為ZJ645a-HU-102,配電機(jī)HF-K854-11/1524。該水電站現(xiàn)有的水輪機(jī)尾水肘進(jìn)口直徑為1310mm,進(jìn)口面積為1.324m2,除此之外,水輪機(jī)蝸殼斷面底高為1385mm/底寬為586mm/頂寬為855mm,斷面的總面積為1.005m2,本文中所選取的ZDHF878-LJ-87型號(hào)水輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為426.7r/min、額定水頭為14.1m,單位轉(zhuǎn)速為130.7r/min,機(jī)組額定處理為1021KW,槳葉安放角度為4°~7°之間,平均差值為5.5°,水輪機(jī)的額定模型效率為90.6%。根據(jù)相關(guān)水輪機(jī)的設(shè)計(jì)手冊(cè)不難發(fā)現(xiàn),需要綜合考慮到尾水肘混凝土的澆筑差以及模型機(jī)與原型機(jī)之間的差異,原型機(jī)的額定效率取數(shù)值88.9%,那么水輪機(jī)的額定流量需要8.457m3/s。根據(jù)水輪機(jī)的相關(guān)原則,ZDHF878-LJ-87型號(hào)的水輪機(jī)尾肘進(jìn)口直徑為1391mm,現(xiàn)狀進(jìn)口面積為1.351m2,水輪機(jī)尾肘進(jìn)口面積為1.514m2,水輪機(jī)蝸殼斷面底高為1765mm/底寬為822mm/頂寬為1136mm,斷面的總面積為1.754m2,此時(shí)現(xiàn)狀的斷面總面積為1.005m2;從上述數(shù)據(jù)來(lái)看,尾肘進(jìn)口的速度應(yīng)為5.569m/s,蝸殼斷面流速為4.836m/s。一旦想要維持現(xiàn)有尾水管不動(dòng)的情況,則需要立即考慮流速與尾水管水力損失的情況。為了使得尾水管水力損失在可控制的合理范圍之內(nèi),則需要維持好尾水管的平均流速,由于原尾肘管的過(guò)流量為7.534m3/s,再加上水輪機(jī)的有效運(yùn)行區(qū)域僅為72.8%~100.8%額定出力,所以該水輪機(jī)的有效運(yùn)行區(qū)域僅僅為689KW~1028KW之間,一旦尾肘管超過(guò)了7.534m3/s的水量,而此時(shí)的水輪機(jī)單位轉(zhuǎn)速為130.7r/min,單位流量為1.547m3/s,根據(jù)綜合曲線的相關(guān)規(guī)定,水輪機(jī)的模型效率僅僅為85.1%,而整機(jī)效率為80.2%,機(jī)組出力僅僅達(dá)到811.6KW。而一旦加大對(duì)尾肘管的過(guò)流量,那么其水力損失就會(huì)相應(yīng)的增大。此時(shí),機(jī)組出力就不能夠得到有效提高。同理分析蝸殼運(yùn)行,由于新的水輪機(jī)的座環(huán)直徑被加大,因此會(huì)占據(jù)部分原有蝸殼過(guò)流的空間與時(shí)間,蝸殼的有效過(guò)流量與此同時(shí)也會(huì)相應(yīng)的減少,并且最終影響到運(yùn)行效率。一旦堅(jiān)持使用此方案,那么必然需要拆除整個(gè)機(jī)組,對(duì)土建的工程量影響較大。根據(jù)水利部對(duì)小型水電站技術(shù)改造的指導(dǎo)意見(jiàn),改造方案應(yīng)充分考慮原機(jī)型和布置形式,盡可能利用原機(jī)組埋入部件和廠房建筑,節(jié)省改造成本。所以,方案一不適用。
方案二:選用750KW 2臺(tái)的方案,水輪機(jī)的型號(hào)為ZD454-LJ-105,配發(fā)電機(jī)SI-K865-11/1524。查此轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線和模型曲線,以及對(duì)照轉(zhuǎn)輪,進(jìn)水口,導(dǎo)水機(jī)構(gòu),尾水管等尺寸,選用的水輪機(jī)為原水輪機(jī)ZJ645a-HU-102的改進(jìn)型號(hào),在基本不改變現(xiàn)有埋入部件和廠房尺寸的前提下,提高了機(jī)組效率,能達(dá)到額定出力,滿足發(fā)電要求,充分利用水資源和提高綜合能效。因此,本工程采用方案二的方案。
三、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,小型水電站的機(jī)組改造在運(yùn)行過(guò)程中是比較常見(jiàn)的方法之一,通過(guò)更換相關(guān)機(jī)組繼而可以在一定程度上提高發(fā)電量,并且加大小型水電站的綜合效益;除此之外,利用現(xiàn)有的壓力管道能夠達(dá)到節(jié)約資源以及機(jī)組安裝的相關(guān)要求。
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