昌馬舊總干龍騰電站水輪機選型設計

昌馬舊總干龍騰電站水輪機選型設計

張麗

(甘肅省疏勒河流域水資源管理局，甘肅 玉門735211)

摘要：水輪機作為電站的最重要部件之一，實現了水流由動能到電能的轉換，選型的好壞直接關系到水電站的實際運行參數能否與水輪機的主要性能指標參數相匹配，關系到電站能否充分利用水能資源達到最佳的經濟效益。本文結合昌馬舊總干龍騰電站實際，借助水輪機型譜模型轉輪綜合特性曲線圖分析，進行小型水電站水輪機選擇設計。

關鍵詞：龍騰電站；水輪機選擇；機型分析

中圖分類號：TK73

Changma Old General Main Channel Longteng Power Station Turbine

Model Selection Design

ZHANG Li

(GansuShuleRiverBasinWaterAuthority,Yumen735211,China)

Abstract：As one of the important parts of power station, turbine realizes the conversion of water flow from kinetic energy to electrical energy Mode selection quality directly affects whether actual operation parameters of hydropower station can be matched with main performance indicator parameters of turbine or not, which is related to whether the power station can fully utilize hydropower resources to reach the best economic performance or not. In the paper, small hyropower station turbine type selection is designed based on actual situation of Changma Old General Main Channel Longteng Power Station and turbine type spectrum model rotation wheel comprehensive characteristic curve analysis.

Keywords：Longteng Power Station; turbine selection; model analysis

1工程概況

昌馬舊總干渠位于甘肅省玉門市境內的疏勒河中游，總長42.2km，渠道落差大，設有陡坡建筑物52座，設計流量35m3/s,是調引疏勒河水向昌馬、雙塔、花海三大灌區8.93萬hm2耕地輸水的主動脈。龍騰電站位于昌馬舊總干渠12號陡坡至15號陡坡之間，利用昌馬舊總干渠的農業灌溉水量進行發電。電站共裝機3臺，總裝機容量為6600kW(3×2200kW)。水電站自從建成開始，每年的發電量平均在3000萬kW·h左右，年平均利用小時達到了5167h以上。水電站與玉門市玉門鎮開關站通過110kV線路相連，所發電量并入酒嘉電網。

2電站基本參數

2.1水頭參數

根據昌馬舊總干渠渠首多年平均水位、渠道輸水損失及運行方式，確定水頭參數。

a.最大水頭：Hmax=23.2m。

b.最小水頭：Hmin=22.1m。

c.設計水頭：Hd=22.5m。

2.2流量參數

a.最大流量：Qmax=12.6m3/s(單臺)。

b.最小流量：Qmin=9.2m3/s(單臺)。

c.設計流量：Qd=11.5m3/s(單臺)。

3水輪機選型

水輪機作為電站的核心部件，能通過轉輪將水流的動能轉化為機械能進而轉化成電能。每個水電站的水頭和流量往往不盡相同，并且每一種類型的水輪機其轉化能量的參數特征和能力也不同，因此，合適的水輪機型號對水電站能否高效利用水能資源具有重要影響。

龍騰電站發電水頭22.2～23m，單機發電流量9.5～11.67m3/s，屬中低水頭、中流量型引水式電站。龍騰電站的水頭和發電流量變化較小，通過技術經濟方案比較可知，軸流式水輪機比較可行。

目前，國內外進行電站水輪機選型的理論和方法較多，而通過水輪機型譜轉輪綜合特性曲線進行水輪機選型的方法使用較廣。通過較流行的軸流式轉輪型譜，適合該電站的機型初步選擇ZDJP502和ZD500兩種，其主要指標參見表1[1]。

表1　所選水輪機性能指標

從表1可以看出，在最優工況下ZD500(φ=10°)機型單位轉速高，單位流量大，但效率比ZDJP502(φ=0°)機型低，汽蝕系數較大。在限制工況下ZDJP502(φ=0°)機型單位流量大，效率高。

3.1轉輪直徑初選

計算。

式中Nr——水輪機額定出力,Nr=2200/0.95=2316kW;

Hr——設計水頭;

η——水輪機效率，初次計算D1時選最優效率η。

通過計算可知, ZDJP502(φ=0°)機型D1=1.32m，ZD500(φ=10°)機型D1=1.35m。

在利用上式計算過程中，不同工況點參數的選擇對計算結果影響較大：限制工況點參數下將導致轉輪半徑較小、轉速快；最優工況點參數下將導致轉輪半徑較大、轉速較低。因此，計算參數選取兩種工況點下的平均值和相應的效率計算轉輪直徑，但具體問題應具體分析，要結合來水流量范圍以及流量偏向趨勢的具體情況來確定，若流量今后有增大的趨勢，可考慮采用最優工況點的參數?？傊猿隽ψ詈眯б孀畲鬄槟康?。

3.2水輪機轉速n的確定

Hav——加權平均水頭；

D1——轉輪直徑，取上述計算值。

經計算參照發電機標準同步轉速確定ZDJP502(φ=0°)型和ZD500(φ=10°)型的轉速n=428.6r/min。

3.3轉輪直徑D1確定

3.4工作范圍計算

水輪機直徑和轉速確定后，在不同的水頭和水流量情況下，將水輪機的相似工作范圍在轉輪綜合特性曲線圖上繪出，根據運行工作范圍區檢驗是否包含了大部分高效區。

計算公式為

計算成果見表2。

表2　所選水輪機工作范圍

3.5兩種機型方案的分析比較

由水輪機工作范圍計算可知，在水頭和流量相同的工況下，ZDJP502(φ=0°)型水輪機效率比ZD500(φ=10°)型水輪機要高，ZDJP502(φ=0°)型和ZD500(φ=10°)型均包含了最優工況點，但ZDJP502(φ=0°)型最優工況點的效率為92.6%，而ZD500(φ=10°)型只有88.1%。ZDJP502(φ=0°)型的轉輪直徑小、過流能大，且機組價格低，汽蝕系數小，減小了廠房的開挖量，節省了土建投資。最終推薦ZDJP502(φ=0°)型作為龍騰電站的水輪機型號。

4結語

水輪機的選型要綜合考慮各方面的因素，根據每個電站的不同參數和特點綜合分析比較，選擇合適的型號。在保證水電站正常運行的基礎上，盡量選擇技術先進、性能較高的新型水輪機，增大水輪機工作效率，盡可能做到合理高效節能地利用水能。這就要求設計者在工作中應與時俱進，不斷學習先進技術、設備更新方面的知識，通過技術進步和選型優化提高水電站建設水平。

簡訊

西藏多布水電站成功截流

12月12日，西藏多布水電站成功截流，為明年首臺機組發電奠定基礎。

當日，隨著水電基礎工程局最后一車石料倒入截流龍口，奔流的尼洋河水，順從地流過泄洪閘，標志著多布水電站截流成功。西藏尼洋河多布水電站于2011年開工建設，位于西藏林芝地區林芝縣境內，裝機容量120兆瓦，年設計發電量5.06億度，總投資24.2億元人民幣。

該工程主要由攔河壩、泄水和發電等建筑物組成，是西藏第十二個五年規劃期間能源發展重點項目。

工程開工以來的1300多個晝夜，項目部攻克了軟基建壩、基坑排水、資金緊缺、進度滯后等諸多難題。多布水電站是尼洋河綜合治理與保護規劃優先項目，一旦投產發電，對緩解藏中電網供電緊張局面，促進西藏經濟社會發展具有重要意義。

來源：中國新聞網 中國水力發電工程學會網2014年12月16日

http://www.hydropower.org.cn/showNewsDetail.asp?nsId=15102