LSW水電站改造水輪機選型

李 陽

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊830000）

0 電站概況

LSW水電站位于新疆阿勒泰地區(qū)境內(nèi)，為壩后引水式地面廠房，電站原裝機規(guī)模為4×8MW，多年平均發(fā)電量1.25億kW·h。電站自2000年發(fā)電以來，現(xiàn)已運行近20年，電站設(shè)備老化，轉(zhuǎn)輪汽蝕較為嚴(yán)重?，F(xiàn)準(zhǔn)備在原發(fā)電引水系統(tǒng)管線、廠房（機墩）、尾水渠等不改變的情況下對電站水輪發(fā)電機組設(shè)備進行改造，主要包括轉(zhuǎn)輪（不銹鋼材料）、發(fā)電機定子線圈、調(diào)速器（改高油壓）等設(shè)備更換，達到增效擴容至4×9.5MW的目標(biāo)。

1 電站水輪機參數(shù)

LSW水電站改造前后水輪機參數(shù)如表1。

表1 水輪機參數(shù)表

2 機組選型分析

由于本電站屬于改造工程，機組流道、尾水管、蝸殼、座環(huán)等結(jié)構(gòu)已確定，原機組的轉(zhuǎn)輪直徑為1.6m，為保證流道及其埋件與改造后相匹配，本次更新改造新機組的轉(zhuǎn)輪直徑仍然保持在1.6m左右，據(jù)此進行機組選型設(shè)計。

LSW水電站（工作水頭：37～53m）屬低水頭段中型容量的水電站，目前國內(nèi)在滿足轉(zhuǎn)輪直徑為1.6m左右時可用于該水頭段轉(zhuǎn)輪中，工況較好的轉(zhuǎn)輪主要有A551、A904a、A551C、JF3636。各轉(zhuǎn)輪的模型參數(shù)見表2、3。

從表2、3中4個轉(zhuǎn)輪的模型參數(shù)可以得知，本電站的運行水頭37～53m，均在模型轉(zhuǎn)輪最大使用水頭范圍之內(nèi)。分別對4個轉(zhuǎn)輪進行選型計算，其初選方案分別見表4。

從表4中可以看出，A551轉(zhuǎn)輪與A904a轉(zhuǎn)輪在額定點滿負荷時汽蝕情況最好，但其轉(zhuǎn)速為333.3r/min，與電站原機組轉(zhuǎn)速375r/min不一致，同時轉(zhuǎn)輪直徑也偏離原機組轉(zhuǎn)輪直徑1.6m較大。此次改造的基本原則是流道及其座環(huán)、尾水管等埋件不變動，因為轉(zhuǎn)輪直徑增加會造成轉(zhuǎn)輪與座環(huán)、尾水管等基礎(chǔ)埋件干涉。

因此，本項目不推薦采用A551及A904a這2個轉(zhuǎn)輪。

相對而言，A551C和JF3636轉(zhuǎn)輪在各項水力參數(shù)上均能滿足電站增效擴容的要求。下面就以上2種方案機型的其他主要水力參數(shù)進行比較，以便更好地選出最適用于本電站的機型。

表2 模型轉(zhuǎn)輪基本參數(shù)表

表3 模型轉(zhuǎn)輪流道參數(shù)表

表4 初選方案水輪機主要參數(shù)比較表

首先就效率來說，A551C轉(zhuǎn)輪模型最優(yōu)效率為93.55%、JF3636轉(zhuǎn)輪模型最優(yōu)效率為93.78%、JF3636轉(zhuǎn)輪比A551C轉(zhuǎn)輪模型最優(yōu)效率高0.23%。但A551C轉(zhuǎn)輪額定工況效率為93.13%、JF3636轉(zhuǎn)輪額定工況效率為93.01%、A551C轉(zhuǎn)輪比JF3636轉(zhuǎn)輪高0.12%。兩者各有優(yōu)劣，都能滿足電站增效擴容的實際需求。

其次，就汽蝕性能來說兩者數(shù)據(jù)基本接近，都優(yōu)于原電站的設(shè)計-0.5m吸出高度，都能滿足電站安裝高程不變的需求。

再次，A551C和JF3636轉(zhuǎn)輪的導(dǎo)葉高度比分別0.304、0.365，真機導(dǎo)葉高度分別為486.4mm、565.75mm，可以看出A551C轉(zhuǎn)輪的真機導(dǎo)葉高度更接近改造前機組的實際導(dǎo)葉高度496mm，流道相對來說過渡更平滑，水力損失更小。

圖1、2是A551C轉(zhuǎn)輪與JF3636轉(zhuǎn)輪的真機運行范圍對比。

通過圖1、2運行范圍圖看到，兩種轉(zhuǎn)輪的運行范圍均包含了較多的高效區(qū)域，同時，全部水頭運行范圍內(nèi)效率變化平緩。但可以看到，相對A551C轉(zhuǎn)輪來說，JF3636轉(zhuǎn)輪運行范圍偏左上，效率最高的水頭偏離額定水頭較遠，相對來說包涵了更多的低效率區(qū)。

圖1 HLA551C-LJ-160模型特性曲線及運行范圍

圖2 HLJF3636-LJ-155模型特性曲線及運行范圍

綜上所述，推薦采用A551C轉(zhuǎn)輪作為LSW水電站4×9.5MW水輪發(fā)電機組改造項目的轉(zhuǎn)輪型號。水輪機型號：HLA551C-LJ-160，額定轉(zhuǎn)速：375r/min。

3 結(jié)語

LSW水電站運行近20年，本次增容改造為電站技術(shù)升級、安全穩(wěn)定運行和創(chuàng)造更多效益提供了實現(xiàn)的基礎(chǔ)。通過參數(shù)計算分析和比選，確定水輪機改造目標(biāo)參數(shù)，對今后工程的實施建設(shè)具有一定指導(dǎo)作用。