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盖孜水电站高水头水轮机选型设计

2017-07-31安刚

水电站机电技术 2017年6期
关键词:混流式斗式水轮机

安刚

(新疆水利水电勘测设计研究院,新疆 乌鲁木齐 830000)

盖孜水电站高水头水轮机选型设计

安刚

(新疆水利水电勘测设计研究院,新疆 乌鲁木齐 830000)

针对盖孜水电站高水头水轮机的特点,通过可研和招标阶段设计对水轮机参数进行优化,提高了电站长期运行的稳定性和可靠性。

盖孜水电站;高水头水轮机;机组选型;混流式;水斗式

1 工程概况

盖孜水电站是盖孜河流域梯级开发的第二级电站,电站位于新疆维吾尔自治区克孜勒苏柯尔克孜州阿克陶县境内,距阿克陶县城约67 km,距喀什市约120 km。电站为径流式电站,采用引水式开发,装机容量为116 MW,工程开发任务是水力发电,与布仑口—公格尔电站同步运行,承担电力系统调峰任务。工程主要有引水调节池、发电引水系统、压力管道(一管三机,约11.45 km)、电站地面厂房、尾水渠、尾水节制退水闸、反调节池和反调节池引水闸及放空检修洞等组成。

2 电站基本参数

(1)前池特性

正常水位 2 625.67 m

最低水位 2 624.792 m

调节性能 无

(2)尾水位

最高尾水位 2 254.47 m

正常尾水位(3台机满发) 2 254.06 m

设计尾水位(1台机满发) 2 252.77 m

(3)水头

最大水头(毛水头) 373.77 m

加权平均水头(净水头) 360.48 m

额定水头(净水头) 347.0 m

最小水头(净水头) 346.33 m

(4)多年平均悬移质含沙量 0.021kg/m3

(5)电站动能指标

装机容量 116 MW

多年平均年发电量 3.83亿kW·h

年利用小时数 3 308 h

保证出力 38.3 MW

3 机组机型和台数选择

盖 孜 水 电 站 水 头 为 346.33~373.77 m,Hmax/Hr=1.077、Hmin/Hr=0.998、Hmax/Hmin=1.079,在该水头段可供选择的水轮机型式有混流式与水斗式两种。可供选择机组台数有2台、3台和4台。对于4台机方案,由于其单机容量偏小、额定转速偏高、机组尺寸小、设计制造运行维护困难,可能给机组的稳定运行留下隐患,而且在初期投资和年维护费用方面,也比其它方案大。故4台机方案不宜推荐。

综上所述,对机组机型和机组台数的选择可组合成2×54 MW混流式、水斗式,3×38.7 MW混流式、水斗式四个方案作全面的分析。

3.1 机组机型选择

(1)在技术经济参数方面,由下页表1可知,混流式机型与水斗式机型相比,具有以下优点:

1)投资低,3台混流机型方案分别比2台水斗和3台水斗机型少354万元和631万元;

2)混流式水轮机效率高,最高效率比水斗式高,有试验资料表明,通常采用长短叶片的混流式水轮机在出力范围为(50%~100%)Nr时的效率始终比水斗式水轮机高。水斗式水轮机效率随出力变化较小,但对水头变化敏感。混流式机型的多年平均发电量要比水斗式多。

表1 四个方案的性能和经济比较表

3)由于排出高度和吸出高度的要求,水斗式水轮机转轮需装设在最高尾水位以上约3 m,而混流式水轮机转轮需装设在设计尾水位以下8 m,考虑下游尾水位变幅,由此水斗式水轮机会因水头利用不充分造成一定电量损失。

近期(不考虑其下游梯级规划的托尕依水电站调节池)尾水变幅,水斗式水轮机比混流式水轮机将少利用水头约4.5m,造成年电量损失约800万kW·h。

4)盖孜电站负荷变化范围一般在40~116MW,低于40 MW的机会小,有利于发挥混流式机型的优势。

(2)在运行维护方面,水斗式机型与混流式机型相比,有以下特点:

1)混流式水轮机结构复杂,易损部件较水斗式水轮机多,检修、更换和维护工作量大,运行维护费用较高。

2)混流式水轮机过流部件多,迷宫及导叶端面间隙小,受泥沙磨损影响后更换不方便,检修工作量大。但盖孜水电站过机泥沙小,预计泥沙磨损轻微,大修间隔时间较长。

3)水斗式水轮机在含沙水流下运行,喷针头、喷嘴口环及水斗分水刃的磨损也非常剧烈,但这些部件相对独立,更换方便(在有备件的情况下,1~2 d即可完成)。

4)混流式机组发生振动、噪音及不稳定的机率较高,但大多制造厂家认为只要设计合理,尾水管压力脉动幅值 (即峰峰值)ΔH一般可控制在相应水头的3%。

鉴于以上原因,混流式机型初期投资低,效率高,多年平均发电量高约800万kW·h;水斗式水轮机具有运行、维护简单和零部件更换方便,检修工期短等特点,具有较好的运行维护性能;而盖孜电站机组过机泥沙含量轻微,由泥沙磨损引起的机组检修机会少。

因此本阶段推荐选用混流式机型。

3.2 机组台数选择

由表1可得,两种混流式方案水轮机工作范围及所得电量相当;主要机电设备及主厂房土建投资3台机方案高约213万。但3台机运行灵活、方便,检修时对电站出力影响小一些。另外,2台机比3台机在出力分配上出现高水头、小出力工况的可能性大,可能给机组的安全稳定运行留下隐患;另一方面盖孜电站接布仑口水电站的尾水,与布仑口水电站联合调峰,装机台数与之匹配有利于水能资源充分利用。从提高梯级电站联合运行效率及灵活性角度,故推荐选用3台机方案。

4 模型转轮参数对比

根据盖孜水电站水头范围,可以选用400 m水头段混流式水轮机,根据现有模型转轮资料,可供选用的水轮机转轮有HLD381B、HLA351、HL(E)等。其模型参数见表2。

表2 混流式机型转轮参数对比表

经技术分析比较,HLD381B转轮综合性能较好,本阶段暂以HLD381B转轮参数作为混流式机型的计算依据。

5 水轮机安装高程

根据推荐的HLD381B转轮和各工况点参数,经制造厂的比较计算,结合其他制造厂提供的相关资料,本阶段Hs取-8 m。

按设计尾水位(1台机满负荷运行,Q=12.6 m3/s)为2 252.77 m,选择盖孜电站水轮机安装高程为2 244.77 m。

6 选定方案机组参数

通过可研、招标、技施各阶段对水轮机参数的优化设计,最终确定水轮机主要参数如下:

水轮机型号 HL(EF)-LJ-190.6

转轮直径 1.906 m

额定流量 12.35 m3/s

额定出力 39.87MW

额定转速 600 r/min

飞逸转速 1 000 r/min

额定工况点效率 94.84%

最高效率 95%

额定比转速 97.9 m·kW

允许吸出高度 -8 m

7 结束语

盖孜水电站属高水头电站,通过对混流式和水斗式机型比选,并结合电站自身特点,对水轮机参数进行了优化,为该电站今后长期安全稳定运行奠定了良好基础。

[1]张延峰,高敏.功果桥水电站机组机型比选[J].西北水电,2012(S1):38-40.

[2]段威,胡平.木星土水电站水轮机选型设计[J].西北水电, 2012(S1):44-47.

[3]吴胜华,黄靖乾,陆星,等.锦屏二级水电站水轮机主要参数选择[J].水力机械技术,2015(3):9-18.

TK730

B

1672-5387(2017)06-0010-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.06.004

2017-03-09

安 刚(1975-),男,高级工程师,从事水电站水力机械设计工作。

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