淺談上蓋水電站機(jī)組出力不足原因及解決辦法

黃宏東

摘 ?要：農(nóng)村小水電站經(jīng)多年運(yùn)行出現(xiàn)了設(shè)備設(shè)施老化、發(fā)電效率降低、水工建筑老化諸多問題，對其進(jìn)行增效擴(kuò)容改造很有必要。但增效擴(kuò)容改造是一個系統(tǒng)工程，改造過程中必須根據(jù)電站的各種實(shí)際情況和新技術(shù)結(jié)合。本文以上蓋電站增效改造實(shí)例，對改造過程中出現(xiàn)的機(jī)組出力不足問題進(jìn)行了系統(tǒng)分析并引進(jìn)新技術(shù)進(jìn)行解決，處置成果可為這類問題提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：小水電;出力不足;原因分析;新型技術(shù)應(yīng)用

前言

上蓋水電站位于那坡縣百南鄉(xiāng)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(jī)，共裝機(jī)四臺，裝機(jī)容量為4×1600kw，電站于上世紀(jì)八十年代初建成投產(chǎn)運(yùn)行。該電站隨著二十多年的運(yùn)行，機(jī)組逐步老化殘舊，機(jī)組的出力也在逐步下降。水電站于2005年技術(shù)改造前雙機(jī)運(yùn)行實(shí)際出力約為1200 kw，豐水期四臺機(jī)共出力僅達(dá)到4800kw，未到5000 kw，單機(jī)最大實(shí)際出力約為1400 kw。如實(shí)施技術(shù)改造后，雙機(jī)運(yùn)行實(shí)際出力可達(dá)1400 kw，單機(jī)運(yùn)行最大實(shí)際出力可達(dá)1600 kw，達(dá)到了機(jī)組的額定出力。豐水期四臺機(jī)共出力約6500 kw，機(jī)組恢復(fù)和增加了出力約1600 kw，相當(dāng)于新增一臺機(jī)組，通過了對水輪機(jī)的技術(shù)改造獲得了良好的效益。

一、概況

上蓋水電站水輪機(jī)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(jī)前閥直徑Φ1.2m。

近些年，為了“上蓋電站增效擴(kuò)容改造工程”項目，邀請了廣西某發(fā)電設(shè)備技術(shù)有限公司到現(xiàn)場通過對機(jī)組試運(yùn)行的不同負(fù)荷狀態(tài)和精密儀器得出的數(shù)據(jù)計算出上蓋水電站的各種水頭：

二、上蓋電站機(jī)組出力不足的分析

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

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

經(jīng)查HL220綜合特性曲線得

最大單位流量Q11=1.08;

水機(jī)模型效率 0.89，修正后取水機(jī)效率ητ=0.86

發(fā)電機(jī)效率 ? 1600 /1702 = 0.94

1.雙機(jī)運(yùn)行時工作水頭43.5米相應(yīng)最大出力：

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

2.單機(jī)運(yùn)行時工作水頭48.21米相應(yīng)最大出力：

分析：單機(jī)機(jī)運(yùn)行時約1400 kw/臺，小于水輪機(jī)水力計算的1445 kw，原因同上已述。

以上式中：

Q：轉(zhuǎn)輪過流量;Q11：單位流量;D1：轉(zhuǎn)輪直徑;Hj：工作水頭。

原水輪機(jī)的水力理論計算與實(shí)際出力基本吻合。

通過對機(jī)組現(xiàn)有狀態(tài)出力的計算可知：

1.機(jī)組的實(shí)際工作水頭小于額定的工作水頭，這是機(jī)組出力不足的根本原因。過去計劃經(jīng)濟(jì)機(jī)組設(shè)備是分配而不是訂購，因此和電站的實(shí)際情況有一定的出入。

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

三、新型水輪機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

上蓋電站在目前無法改變發(fā)電引水渠道流態(tài)情況下，廠家（廣西某發(fā)電設(shè)備技術(shù)有限公司）推薦采用我國哈爾濱水輪機(jī)研究所開發(fā)的X型轉(zhuǎn)輪，型號為HLA835型，取代老舊的HL220型。

我國在2000年初建設(shè)三峽水電站時引進(jìn)了X型轉(zhuǎn)輪技術(shù)，該項技術(shù)是瑞典開發(fā)的，具有當(dāng)下世界先進(jìn)水平，現(xiàn)我國的水電站已有不少的引進(jìn)利用，均取得了很好的效果。

X型轉(zhuǎn)輪技術(shù)的特點(diǎn)：

1、具有較大的過流能力和較高的效率;

2、適應(yīng)一定的水頭變化保持出力不變;

3、運(yùn)行性能優(yōu)良，大幅降低噪音、運(yùn)行平穩(wěn)等;

4、具有優(yōu)良的抗氣蝕性能。

相關(guān)的基本水力計算：

HLA835的技術(shù)參數(shù)

單機(jī)運(yùn)行時工作水頭48.21米，單位轉(zhuǎn)速n11=76.69轉(zhuǎn)/分

查單位流量Q11=1.24米3/秒。相應(yīng)模型效率ηm=89.0 %，相應(yīng)的轉(zhuǎn)輪過流量：

HLA835型相關(guān)的水力計算：

機(jī)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(zhuǎn)輪能滿足技改單機(jī)達(dá)到機(jī)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(jī)組出力要達(dá)到1600kW，則每臺機(jī)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(yīng)流速：（U=Q/S即 8.68 / 3.14×（1.7/2）2 = 3.826米/秒

壓力鋼管的經(jīng)濟(jì)流速為3.5 – 5.0米/秒，過流能力滿足設(shè)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(fā)電設(shè)備技術(shù)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(zhuǎn)輪理論計算能夠達(dá)到要求之后，當(dāng)然實(shí)際技改時還進(jìn)行了如下配套改造，還存在新轉(zhuǎn)輪和原水輪機(jī)相匹配的問題。否則不能與實(shí)際結(jié)合就無法達(dá)到機(jī)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(jī)后蓋;

（4）配套改造導(dǎo)水機(jī)構(gòu)（加大導(dǎo)水葉的開度）。

具體實(shí)施的過程有兩個關(guān)鍵的要點(diǎn)：

1、新轉(zhuǎn)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(jī)組適當(dāng)改動后和新的HLA835型匹配。

2、必須現(xiàn)場實(shí)際測量水輪機(jī)內(nèi)部的各空間配合尺寸，才能重新設(shè)計配套制作新的轉(zhuǎn)輪。

這是因?yàn)闄C(jī)組已運(yùn)行了二十多年，不可避免地造成磨損嚴(yán)重。如果按原來的圖紙尺寸設(shè)計制作新轉(zhuǎn)輪勢必會造成配合間隙過大，漏水較多，影響機(jī)組的出力。

上蓋水電站水輪機(jī)技改完成后：

雙機(jī)運(yùn)行實(shí)際出力可略超1400 kw，單機(jī)運(yùn)行最大實(shí)際出力可略超1600 kw，達(dá)到了機(jī)組的額定出力。豐水期四臺機(jī)共出力約6500 kw，機(jī)組恢復(fù)和增加了出力約1600 kw，相當(dāng)于新增一臺機(jī)組。

四、經(jīng)濟(jì)評估

本電站裝機(jī)容量4×1600kw=6400kw，現(xiàn)狀豐水期四臺機(jī)共出力約4800 kw，年發(fā)電量2524.4萬kw.h。水輪機(jī)技改完成后可增效雙機(jī)運(yùn)行實(shí)際出力可略超1400 kw，單機(jī)運(yùn)行最大實(shí)際出力可略超1600 kw，豐水期四臺機(jī)共出力約6500 kw，新增發(fā)電量為345.6萬kw.h，年發(fā)電量2870.1萬kw.h。從財務(wù)計算評價年內(nèi)可增加成本收入345.6萬kw.h×0.25元（物價局文件規(guī)定）=86.4萬元（未扣稅）。從宏觀上看具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)展農(nóng)村水電，對老舊水輪機(jī)進(jìn)行技改，提高電站綜合能效和安全性能，增加發(fā)電能力是有效的、可行的。從資源優(yōu)化的角度看，提高了水資源的利用，增加了電站的發(fā)電量，同時也節(jié)約了能源，從而加快收益地區(qū)居民致富步伐，為全面建設(shè)小康社會作出具有顯著的社會效益。

五、結(jié)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(shè)計，體會到水電站增效擴(kuò)容改造是一個系統(tǒng)工程，由于不是新建設(shè)備設(shè)施，改造過程涉及面較多，只有通過系統(tǒng)分析才能找到改造過程中出現(xiàn)的實(shí)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(jìn)的水輪機(jī)技術(shù)，二是將新技術(shù)和電站的實(shí)際情況結(jié)合起來，最終達(dá)到了預(yù)期效果。本電站機(jī)組出力不足的分析方式及技術(shù)引進(jìn)改造措施為類似工程提供了一定的參考經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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