沙嘴水电站复建水轮机转轮选择浅析

周永富

(自贡市水利电力建筑勘测设计院，四川 自贡，643000)

沙嘴水电站复建水轮机转轮选择浅析

周永富

(自贡市水利电力建筑勘测设计院，四川 自贡，643000)

本文在磨西河流域几个电站磨蚀情况比较的基础上，分析了沙嘴水电站机组的磨蚀破坏情况，对该水电站复建水轮机组转轮选择进行了论证。

水轮机转轮 选型 复建 沙嘴水电站

1 工程及流域概况

1.1 工程概况

沙嘴水电站位于甘孜州泸定县磨西镇，处于大岗山电站水库尾部，距泸定县城45km。该电站为大渡河中游右岸支流磨西河上的最后一个梯级电站，属跨流域、无调节引水式电站。电站装机2×19MW，工程任务为单纯发电，无综合利用要求。电站于2004年11月建成投产发电，安装有两台立轴混流式水轮发电机组，水机轮型号为HLA575C-LJ-140，发电机型号为SF19-10/3250。设计水头153.5m，额定转速600r/min，设计尾水位1120.00m，厂房发电机层高程为1126.146m。

电站在运行过程中弃水较多，水能资源利用不充分。电站所处磨西河泥石流爆发频繁，经常冲毁流域中各电站的取水建筑物。沙嘴水电站的沉砂池已经低于磨西河高程，无法完成沉砂、排砂功能。流道中含沙量大，水轮机转轮及其它过流部件磨蚀非常严重，机组检修及转轮更换周期较短。

1.2 复建情况

受大岗山电站蓄水影响，沙嘴水电站水头最大减少了近10m，同时也给电站厂房的防洪带来了新问题。考虑到大岗山水电站对沙嘴电站淹没影响不大，为了减少大岗山电站库区淹没补偿和充分利用水资源，需对沙嘴水电站进行复建。复建方案为拆除原电站厂房，在垫高的厂区内重建电站。受压力隧洞的制约，经复核电站复建装机保持38MW不变，为减少枯期弃水和便于运行维护，确定单机容量为22MW。复建后电站最大水头149.60m，最小水头132.87m，设计水头142.9m，设计水头相差10.6m。虽然设计水头变化仅为6.9%，但使用原水轮机运行效率将上移，原电站运行中发现原机组转轮及其它过流部件磨蚀非常严重，大修频繁，大修次年由于导叶磨损严重，导叶间隙变大，正常停机时必须关闭进水阀才能停机。转轮磨损也较为严重，每次大修都要对转轮进行更换，更换间隔最长为12个月，最短仅为28天。继续使用原机组检修、更换设备的费用及非正常停机造成的停电损失都是业主无法接受的，而且原枯期检修时弃水较多的情况依然会存在。沙嘴水电站复建根据磨西河流域泥砂情况及原沙嘴水电站的实际情况重新选择机组。

1.3 磨西河流域泥沙情况

沙嘴水电站所在的磨西河流域无实测泥沙资料，流域内泥沙输沙量都是移用邻近流域瓦斯沟河康定水文站实测泥沙资料进行计算，但是康定水文站移用过来的泥砂资料与实际无法吻合。磨西河流域内广泛分布元古代侵入花岗岩、石英闪长岩、辉长岩等，河中所含泥砂硬度特别大且砂的外形不规则，带有坚硬棱角，由于复杂的地质环境条件和频繁的人类工程活动，该流域内泥石流沟分布广泛，泥石流爆发频繁且规模较大，经常冲毁流域中各电站的取水建筑物。

2 同流域水电站情况比较

在本流域还有雅家埂水电站、赵家山水电站等，虽然这些电站也存在机组磨蚀情况，但均没有本电站严重。收集三个电站的转轮流道等资料及对历年检修情况，比较磨蚀情况 ，参数见下表1。

表1 磨西河流域水电站磨蚀情况比较

经比较，所属同流域的三个电站额定转速均为600r/min，但原沙嘴水电站装置汽蚀系数较低，叶片出口圆周速度最高。本流域中三个电站大修时间间隔：赵家山电站>雅家埂电站>原沙嘴水电站；叶片出口圆周速度：原沙嘴水电站>雅家埂电站>赵家山电站。

3 沙嘴水电站转轮破坏原因分析

原沙嘴水电站转轮出水边破坏严重，业主更换过不同材质的转轮及对转轮进行渗碳、喷涂等各种处理，但是效果均不明显。

由于水轮机过流部件汽蚀程度和泥沙磨损量都与过流速度的次方成正比，所以同流域三个电站中，原沙嘴水电站大修最为频繁，磨损、汽蚀最为严重。在过机含沙量、砂的硬度、砂的粒径、砂的形状、转轮叶片材质、叶片的加工工艺、运行方式相差不大的情况下，原沙嘴水电站的叶片出口速度远大于另外两电站，是造成原沙嘴水电站磨损严重的一个主要因素。

三个电站装置汽蚀系数沙嘴水电站最小，这也是造成原沙嘴水电站磨损严重的一个主要因素。

综合分析认为，原沙嘴水电站转轮破坏最严重的主要原因是，过机流速过大及吸出高度偏大引起的磨损和汽蚀联合作用。

4 沙嘴水电站复建水轮机转轮选择

沙嘴水电站复建工程水轮发电机组采购招标前，电站业主聘请专家会同设计单位就减轻沙嘴水电站过流部件磨蚀、水轮机转轮型号、机组额定转速及装置汽蚀系数等主要技术参数，与东风电机厂、昆明电机厂和重庆水轮机厂进行了专题论证。对三个厂家提出的HLB76、HLD358B、HLA920、HLJF1606、HLD307C、HLA351、HLA855a、HLA956、HLA936、HLA1125、HLA351E等模型转轮进行分析比较。其中HLA855a对于沙嘴水电站转速太高，HLD307C是在HLD307的基础上进行了流道修改优化。由于沙嘴水电站泥砂含量较重，泥砂颗粒硬度较大，为了降低转轮及过流部件的汽蚀、磨损，建议电站降低机组转速选择机型。经对厂家提出的转轮进行选型，机组同步转速在300r/min～428.6r/min的真机参数进行了比较，重点比较转轮的叶片出口速度、汽蚀性能，同时兼顾电站投资。经技术经济比较，设计方为业主推荐了各转轮使用在沙嘴水电站的原型机型号，业主最终选择了HLB76转轮，额定转速为333.3r/min。真机型号为HLB76-LJ-229/SF19-18/4250，转轮叶片出水边最大圆周速度27.8m/s，转轮出口相对流速约28.1m/s，导水机构绝对流速13.9m/s。水轮机过流部件过流面均采用抗磨抗汽蚀的不锈钢材料、适当加厚尾水管、抗磨板等过流部分的厚度。

在沙嘴水电站复建确定安装高程时充分考虑装置汽蚀系数，并留安全裕量。装置汽蚀系数取1.8。沙嘴水电站复建厂家提供的水轮机在特征水头下允许吸出高度和出力保证值见下表2。

表2 水轮机允许吸出高度和出力保证值

综合考虑大岗山电站水库的回水水位、沙嘴水电站回填垫高及大岗山电站建成后的泥沙淤积等情况，电站吸出高度取-1.5m。

5 结语

2015年底沙嘴水电站复建工程已经顺利完成并并网发电，电站运行状况良好，复建转轮的选择及减轻磨蚀的措施是成功的。

多泥沙河流电站机组设备的选择是一个比较重要的环节，设计中应高度重视。

本电站水头不高，但是流域泥沙较重且硬度较大。这类电站解决泥沙磨损的最根本办法是改善生态环境，降低进入机组的泥砂含量。但沙嘴水电站沉砂池已经不能完成其功能，进入机组的泥沙目前无较可行控制措施的情况下，只有选择合适的转轮型号、降低过机流速，选择合适的吸出高度，过流部件使用抗磨蚀的材料并适当加大其厚度，才能延迟机组的使用寿命。

TK73∶TV

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2095-1809(2017)01-0100-02