蚌埠闸水电站水轮机转轮改造应用分析.pdf
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1、2023 年 30 期方法创新科技创新与应用Technology Innovation and Application蚌埠闸水电站水轮机转轮改造应用分析张文斌(安徽省蚌埠闸工程管理处,安徽 蚌埠 233000)蚌埠闸水电站建成于 20 世纪 80 年代末,作为当前农村小水电站一个典型代表,近几十年的运行不仅增加了地方财政收入,又造福了当地居民。但由于建成年代早,运行时间长,在多轮大修过程中均发现水轮机转轮存在空蚀、裂纹问题,虽经一定程度处理,效果仍不理想,严重制约了机组效率发挥并且存在一定的安全隐患。据统计,截至 2021 年底我国已建成小水电机组 45 000 台,总装机容量达 6 500
2、万 kW,年发电量2 000 亿 kW h,很好地补充了我国电能供应,然而相当一部分电站同样属于早期建成,或多或少存在类似现象,因此通过加强新技术、新材料应用,改善技术装备水平,为同行业提供相关经验参考。1项目概述1.1水电站概况蚌埠闸水电站是蚌埠闸水利枢纽工程组成部分,其基础部分于 1958 年与节制闸同步施工,厂房及机电设备安装续建于 1984 年,1987 年 6 台机组全部投产,为河床式低水头水电站。装机容量 6伊800 kW,多年平均年发电量 2 800 万 kW h,截至 2022 年底累计发电10 亿 kW h,是皖北地区唯一一座水力发电站,为地方经济发展作出了重要贡献(表 1)
3、。表 1电站机组现状参数1.2存在的问题1)在 2014 年实施的增效扩容改造中,通过对发电机定、转子线圈等进行改造,发电机容量增至 1250kW,但水轮机主要部件尤其是转轮未进行改造,在额定水头和高水头工况下,虽然发电机具备了 1 250 kW 的能摘要:蚌埠闸水电站是河床式低水头水力发电站,水轮机转轮经多年运行工况差、效率低。通过在不改变电站现有流道及其他部件的前提下,对转轮进行选型改造,提高水轮机额定工况效率,消除安全隐患,为早期建设的小水电站增容扩效提供一条好的改造途径。关键词:水电站;水轮机;转轮;改造;选型中图分类号院TV734.1文献标志码院A文章编号院2095-2945渊202
4、3冤30-0152-04Abstract:Bengbu Sluice Hydropower Station is a riverbed low-head hydraulic power station,and the turbine runner has pooroperating conditions and low efficiency for many years.Through the selection and transformation of the runner without changing theexisting flow passage and other compon
5、ents of the power station,the rated working efficiency of the hydraulic turbine is improvedand the safety hidden danger is eliminated,which is supposed to provide a good way to increase the capacity and efficiency ofthe early construction of small hydropower stations.Keywords:hydropower station;hydr
6、aulic turbine;runner;transformation;type selection作者简介:张文斌(1976-),男,硕士,高级工程师。研究方向为水利工程运行及施工管理。设备名称 类型 参数 水轮机 水轮机型号 ZD760-LH-250 额定水头/m 4.1 最大水头/m 6.0 最小水头/m 2.5 额定出力/kW 890 额定转速/(rmin-1)125 额定流量/(m3s-1)26.5 发电机 发电机型号 SF1250-48/3250 额定功率/kW 1 250 额定电压/V 6 300 功率因数 0.8 厂房(废黄河高程系)发电机层地面高程/m 17.80 水轮机层地
7、面高程/m 14.335 转轮中心高程/m 11.835 尾水管底板高程/m 6.75 DOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.30.037152-方法创新科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 30 期力,但水轮机出力达不到与之匹配的出力,效益发挥不明显。2)由于水轮机已运行多年,存在叶片及转轮体空蚀、磨损严重及叶片裂纹现象,历年来在机组 A 级轮修中对其补焊后,转轮静平衡和动平衡性能都变差,既降低了水轮机的运行可靠性和出力,也加剧了水轮机导轴承的磨损。同时,现状的水轮机设备为二十世纪七八十年代产品,与当
8、今的技术水平及生产工艺相比,水轮机的水力性能有一定的提升空间。2转轮改造基础参数现水轮机型号为 ZD760-LH-250,额定水头 4.1m,额定出力 890 kW;增容扩效时水轮机额定水头定为4.7 m,额定出力为 1 090 kW。由于本次改造仅对水轮机转轮进行更新改造,发电机等相关设备及水轮机其他部件均保留,因此机组主要结构尺寸也均维持不变,故转轮改造的基础参数为:额定水头为 4.7 m,转轮直径为 囟2 500 mm,额定出力为 1 090 kW(表 2、表 3)。表 2电站水位特性指标3转轮改造说明3.1转轮选择经初步分析比选并结合现有水电设备制造商反馈信息,本次改造拟采用 ZD98
9、7-35(鬃=12毅)、ZD410(鬃=10毅)、ZDT03-43(鬃=25毅)3 个性能相对较优且适合本站的转轮模型,并据此在同一标准上对 3 个方案进行比较,真机效率均按 1%进行修正(表 4)。位置 运行工况 水位指标/m 上游 校核洪水位 24.50 设计洪水位 23.22 正常蓄水位 17.518.30(远期 18.50)下游 校核洪水位 24.0 设计洪水位 23.10 正常水位 12.513.0 额定出力/kW 转轮直径/mm 最大水头/m 额定水头/m 最小水头/m 额定流量/(m3s-1)额定转速/(rmin-1)飞逸转速/(rmin-1)改造前 890 2500 6.0 4
10、.1 2.5 26.5 125 308 改造后 109 0 2500 6.0 4.7 2.5 27.6 125 308 表 3转轮改造基础参数对比表表 4水轮机真机参数比较表参数 方案 1 方案 2 方案 3 转轮型号 ZD987-35(12)ZD410(10)ZDT03-43(25)水轮机型号 ZD987-LH-250 ZD410-LH-250 ZDT03-LH-250 发电机型号 SF1250-48/3250 SF1250-48/3250 SF1250-48/3250 额定转速/(rmin-1)125 125 125 转轮直径/mm 2 500 2 500 2 500 本次改造要求的额定水
11、头工况 额定出力/kW 1 090 1 090 1 090 额定水头/m 4.7 4.7 4.7 额定流量/(m3s-1)26.25 27.13 27.51 效率(%)90.1 87.2 86.0 机组能达到的额定水头工况 额定出力/kW 1 090 1 090 1 090 水头/m 4.55 4.6 4.6 流量/(m3s-1)28.31 27.94 28.77 效率(%)86.3 86.5 84 最大水头工况 最大水头/m 6.0 6.0 6.0 最大水头出力/kW(按发电机 1 250 kW 满发计算)1 363 1 363 1 363 最大水头流量/(m3s-1)26.08 25.91
12、 27.25 最大水头效率(%)88.8 89.4 85.0 最小水头工况 最小水头/m 2.5 2.5 2.5 最小水头出力/kW)483 387 502 最小水头流量/(m3s-1)23.32 22.24 24.71 最小水头效率(%)84.5 71.0 83.0 153-2023 年 30 期方法创新科技创新与应用Technology Innovation and Application由表 4 可知,3 个方案的性能及参数均能满足本次改造要求,从能量指标比较,方案 1 在最小水头工况、额定水头工况下效率均较高。3.2型号确定经对照 3 个方案的运行范围图,方案 1 中水头达到 4.55
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