LSW水电站改造水轮机选型

2020-10-09李阳

水电站机电技术 2020年9期

李阳

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830000）

0 电站概况

LSW水电站位于新疆阿勒泰地区境内，为坝后引水式地面厂房，电站原装机规模为4×8MW，多年平均发电量1.25亿kW·h。电站自2000年发电以来，现已运行近20年，电站设备老化，转轮汽蚀较为严重。现准备在原发电引水系统管线、厂房（机墩）、尾水渠等不改变的情况下对电站水轮发电机组设备进行改造，主要包括转轮（不锈钢材料）、发电机定子线圈、调速器（改高油压）等设备更换，达到增效扩容至4×9.5MW的目标。

1 电站水轮机参数

LSW水电站改造前后水轮机参数如表1。

表1 水轮机参数表

2 机组选型分析

由于本电站属于改造工程，机组流道、尾水管、蜗壳、座环等结构已确定，原机组的转轮直径为1.6m，为保证流道及其埋件与改造后相匹配，本次更新改造新机组的转轮直径仍然保持在1.6m左右，据此进行机组选型设计。

LSW水电站（工作水头：37～53m）属低水头段中型容量的水电站，目前国内在满足转轮直径为1.6m左右时可用于该水头段转轮中，工况较好的转轮主要有A551、A904a、A551C、JF3636。各转轮的模型参数见表2、3。

从表2、3中4个转轮的模型参数可以得知，本电站的运行水头37～53m，均在模型转轮最大使用水头范围之内。分别对4个转轮进行选型计算，其初选方案分别见表4。

从表4中可以看出，A551转轮与A904a转轮在额定点满负荷时汽蚀情况最好，但其转速为333.3r/min，与电站原机组转速375r/min不一致，同时转轮直径也偏离原机组转轮直径1.6m较大。此次改造的基本原则是流道及其座环、尾水管等埋件不变动，因为转轮直径增加会造成转轮与座环、尾水管等基础埋件干涉。

因此，本项目不推荐采用A551及A904a这2个转轮。

相对而言，A551C和JF3636转轮在各项水力参数上均能满足电站增效扩容的要求。下面就以上2种方案机型的其他主要水力参数进行比较，以便更好地选出最适用于本电站的机型。

表2 模型转轮基本参数表

表3 模型转轮流道参数表

表4 初选方案水轮机主要参数比较表

首先就效率来说，A551C转轮模型最优效率为93.55%、JF3636转轮模型最优效率为93.78%、JF3636转轮比A551C转轮模型最优效率高0.23%。但A551C转轮额定工况效率为93.13%、JF3636转轮额定工况效率为93.01%、A551C转轮比JF3636转轮高0.12%。两者各有优劣，都能满足电站增效扩容的实际需求。

其次，就汽蚀性能来说两者数据基本接近，都优于原电站的设计-0.5m吸出高度，都能满足电站安装高程不变的需求。

再次，A551C和JF3636转轮的导叶高度比分别0.304、0.365，真机导叶高度分别为486.4mm、565.75mm，可以看出A551C转轮的真机导叶高度更接近改造前机组的实际导叶高度496mm，流道相对来说过渡更平滑，水力损失更小。

图1、2是A551C转轮与JF3636转轮的真机运行范围对比。

通过图1、2运行范围图看到，两种转轮的运行范围均包含了较多的高效区域，同时，全部水头运行范围内效率变化平缓。但可以看到，相对A551C转轮来说，JF3636转轮运行范围偏左上，效率最高的水头偏离额定水头较远，相对来说包涵了更多的低效率区。