东武仕水电站 1#机转轮的技术改造

2010-11-09郜晓辉魏常喜

河北水利电力学院学报 2010年4期

郜晓辉,魏常喜

(1.邯郸市水利水电勘测设计研究院,河北邯郸 056004;2.承德供电宽城分公司,河北承德 067600)

1 基本情况

东武仕水电站位于河北省邯郸市磁县东武仕水库,是利用水库灌溉和城市供水的坝后式水电站。1974年建成并网发电,装机容量 2×3200kW。采用 HL240型水轮机,其模型水轮机主要参数为:转轮直径 D1=460 mm,转轮叶片数 Z=14,导叶相对高度 b0/D1=0.365,最优单位转速 n′10=72 r/min,最大单位流量 Q′1=1.24 m3/s,模型气蚀系数 σ=0.2[1]。 1#机型号为HL240-LJ-140,其特性参数见表 1。

表1 HL240-L J-140型水轮机特性参数

电站 1#机运行情况:最高水头 29.77 m,最低水头 24 m,加权平均水头 27.78 m,最大流量 13 m3/s,最小流量 9.0 m3/s。

2 改造原因

东武仕水电站自 1974年建站以来,1#发电机负荷最高 2700kW,从未达到 3200kW。其原因主要是:东武仕水电站 1#机转轮设计水头为30.5 m,由于建站时尾水渠没有开挖到设计高程而导致尾水位抬高 1.5 m,使在设计流量 12.6 m3/s时,实际运行水头为29 m,达不到 30.5 m;更重要的是水轮机组已运行了 30多年,机组振动大,气蚀严重,效率非常低。因此达不到额定出力。根据多年运行资料分析,转轮效率仅为0.78～0.82,详见表2。

表2 两种型号模型转轮主要参数比较表

3 改造选型

考虑到电站现有设备的实际情况以及土建工程等因素,改造主要是在保持水轮机输水流道尺寸及机组转速不变的前提下,优先选用能量指标先进,空蚀特性优良、运行稳定性好,并有改造成功实例的水轮机转轮。

根据东武仕水电站具体水力条件,采用由哈尔滨大电机研究所研制的当前较为先进的转轮模型HLA551C进行技术改造。

4 改造目的

2008年10月,对 1#机转轮进行技术改造,根据实际情况将设计水头定为29 m、设计流量 12.6 m3/s不变,选用了新型的高科技、高效率 HLA551C转轮,其与 HL240模型转轮主要参数比较见表2。

通过表2的比较,我们可以看出,HLA551C模型转轮的各种参数与 HL240模型转轮的参数比较接近,证明在保持过水流道尺寸及转速不变的前提下,改造具有可行性。且具有以下优点:

1)单位转速和单位流量。本电站水轮发电机组的额定转速和水轮机直径都已确定,因此在额定水头29 m时,水轮机的单位转速为77.9 r/min,单位流量为1.13 m3/s。由表3可见 HLA551C模型转轮最优工况参数都略高于该值,根据现代水电站的选型设计经验和水轮机的运行经验,HLA551C转轮更适合本电站。

2)空化安全系数 K。根据相应公式可算得新转轮的空化安全系数 K可达到 2.5以上,因此新转轮有很大的汽蚀安全裕量。

3)比转速。HLA551C型水轮机的最优工况比转速较 HL240型高 30%多。在机组转速、水头一定的条件下,对于相同尺寸的机组,HLA551C的出力将更高。

4)水轮机效率。提高水轮机效率是东武仕电站 1#机转轮改造的主要目的之一。在电站各种条件一定的情况下。达到增加机组出力的途径主要是通过提高效率和适当加大水轮机过流量。目前,国内外该水头的混流式水轮机的最高效率已达 93.5%。由于电站机组埋设部件不能改变,水轮机的参数匹配不太合理,因此,水轮机的效率提高受到一定制约。按当前的设计水平,东武仕电站水轮机额定工况点的效率不低于90%,水轮机的最高效率不低于92.0%。

5)机组出力及过流量。水轮机转轮改造后在不同运行水头下的出力、效率及过流量见表3。如发电机效率以 96%计,则在净水头 28.34 m,流量 13 m3/s条件下,HLA551C-LJ-140机组出力可达 3033.6kW,突破了 3000kW。