一种较为简洁的水电站增效扩容方案

2020-07-01邓小林

水电站机电技术 2020年6期

邓小林

（清远市银益水电实业有限公司，广东清远511542）

1 电站概况

某电站装机容量 15MW（3×5MW），于 2001年投产。电站多年平均发电量5200万kW·h。额定水头133m，最高水头134.1m，水轮机型号HLA548-LJ-105，额定流量 4.5m3/s，额定转速 750r/min。发电机型号SF5000-8/2600A，额定容量6250kVA，B级绝缘，额定电流572.8A。因所处电网要求功率因数较高（大于95%），额定出力下发电机定子电流约480A，运行温度低于80℃，发电机有较大增容余量。电站在汛期时多有弃水，水工方面有增容潜力，拟利用本年度A级检修进行增效扩容。

2 现 HLA548-LJ-105 水轮机特性分析

从厂家给出的转轮综合模型特性曲线看出，原转轮的最高效率点在额定负荷附近。设备制造厂给出的水轮机最高效率为92%（额定点）。

3 增效扩容改造思路

图1 A548-LJ-105模型综合特性曲线

本次增效扩容，选配效率更高的转轮，通过对顶盖上止漏环、导叶进行优化改造，在调速器主接力器行程不变的情况下，通过更改控制环大耳销孔位置来增加导叶开度等措施，达到增效扩容的目的。

3.1 转轮的选择

通过选型设计，选择了HLYL41-LJ-107型转轮（见图2）。两种型号转轮的基本参数对比如表1所示。

表1 两种型号转轮基本参数

从图2可以看出，HLYL41-LJ-107型转轮效率相对要高。通过对比发现（图3），HLYL41-LJ-107型转轮高效率区间较宽，更加适合电站实际。

图2 HLYL41-LJ-107转轮模型特性曲线

图3 两型号转轮运转特性曲线对比

两型号转轮导叶高度、下冠尺寸相同，基本尺寸相近，实现改型只需要改动上止漏环尺寸。更改前后顶盖等相关尺寸如图4、图5所示。

由图4、图5可以看出，本次改造对机组固定部分改动很少，通过校核顶盖结构，此项改变在原设计裕量中，改造后不会对原结构造成影响。

图4 改造前的顶盖

图5 改造后的顶盖

3.2 活动导叶叶型的改变

本机组原导叶为对称叶型导叶（见图6），厚度呈线性关系，头部厚度较大，水流在导叶进口处有一定的撞击损失。本次技改拟更换为负曲率叶型导叶（见图7），最大程度减小水流在导叶头部的撞击。

图6 对称叶型导叶

图7 新设计的导叶示意图

在调速器主接力器行程不变的情况下，通过改变控制环大耳销孔位置，扩大导叶开度，达到增容的效果。经计算，控制环大耳销孔逆时针偏移42mm，导叶最大开度扩大到82.72mm。改变前后的控制环大耳行程与导叶开度关系曲线如图8、图9所示。

图8 修改后的控制环大耳行程与导叶开度关系

图9 原控制环大耳行程与导叶关系

4 改造后的运行效果

利用本次A级检修，电站对导叶、转轮、控制环等进行了改造，更换了新型号转轮和导叶，重新配钻了控制环大耳销孔等。

试验及运行数据显示，额定水头下，机组启动开度17%，空载开度11%，甩100%负荷时转速上升率28%，蜗壳压力上升率30%，满足机组调保要求。当导叶开度为78%时，发电机出力达到5MW，此时水轮机顶盖、导轴承处垂直振动振幅为0.016mm，水平振动振幅为0.008mm，水轮机运行平稳。当导叶开度为98%时，发电机达到最大出力，此时出力达到6MW，发电机定子电流580A，超过额定电流8A。此时机组运行平稳，各部振动及噪声与5MW时基本相同。