明槽轴流机组的增效扩容

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1、小水电2015年第2期(总第182期)技术改造明槽轴流机组的增效扩容章嘉庆，张庆(浙江金轮机电实业有限公司，浙江金华321002)摘要:针对早期明槽轴流机组老化、效率低的问题，以某电站改造设计为例，详细介绍在厂房水工基础基本不变的情况下，机组在固定导叶的CFD优化设计的同时，通过固定导叶改变水流环量，并结合高效转轮来提高机组效率，以达到电站的增效扩容。图5幅，表1个。关键词:水轮机组;明槽;固定导叶;优化设计;增效扩容表1电站主要参数1概述建筑物名称数值备注针对很多老旧电站明槽轴流机组老化、效率低

2、正常蓄水位/m88.0的问题，业主都希望在水工不动或少动的情况下，水溢流面高程/m通过更换机组达到电站的增效扩容。很多厂家只是死水位/m74.0根据电站原有的机型，采用增大转轮直径、增加流库设计洪水位/m95.351000年一遇量的方式达到扩容目的，而原有的明槽轴流机组都校核洪水位/m97.6310000年一遇是控制环内调式且不带固定导叶，这种机型转轮效引水系统设计流量/(m3·s－1)16.0率普遍不高，增效目的并没有达到。最高运行水位/m前池设计水位/m2电站概况最低运行水位/m某水电站原有装

3、机容量为2×320kW，总装机设计洪水位/m30年一遇容量为640kW。改造后，电站装机容量为2×厂房及校核洪水位/m50年一遇400kW，总装机容量为800kW，电站出力增加升压站设计尾水位/m35.3625%(见表1)。该电站于1985年并网发电，水轮最低尾水位/m34.98机原有型号为ZD760—LMY—120，配套的水轮发最大水头/m7.1电机为TSL156/30—16，使用水头范围6.0～净水头加权平均水头/m6.437.0m，流量范围7.5～7.7m/s，额定转速最小水头/m6.237

4、5r/min，额定电压400V，额定功率因数0.8，B级绝缘，水轮机设计效率83%，发电机设计点效能曲线，结合电站运行水头，当水轮机设计水头率90.0%。该站多年来机电设备虽经多次维修，36.3m、流量7.96m/s、效率能达到89.5%时，水仍经常带病运行;因检修停机，实际年运行小时数轮机额定出力440kW，电站增效24.3%。不足3400h。近3a实际平均发电量仅218万kW·h，与设计年发电量(约358万kW·h)相差较3改造方案大，水轮机平均运行效率仅72.0%。经计算，将原水轮机ZD76

5、0—LMY—120更换电站原为立式明槽引水机组，引水室为方形结为ZDJ6—LMY—120水轮机。参照转轮模型综合性构，不带固定导叶(见图1)。根据原有的水工结构，结合封闭式带蜗壳包角收稿日期:2014－12－29的固定导叶分布作CFD分析，从流场分布图来看作者简介:章嘉庆(1983－)，男，工程师，主要从事水轮(见图2、图3)，在包角鼻端明显存在比较严重的机产品研发工作。E-mail:310966802@qq.com·51·技术改造SMALLHYDＲOPOWEＲ2015No.2，TotalNo.1

6、82图1电站原有厂房及机组布置图2水流运动迹线1图4水流运动迹线3涡流，这将影响水流进入固定导叶及活动导叶的流态，从而影响机组效率。由于上述包角鼻端的涡流，作了另一种方案即取消鼻端。结合CFD流场分析对固定导叶反复进行优化，优化主要包括固定导叶的翼型、进口角和出口角。最终优化出一套较为理想的固定导叶，CFD分析结果显示流态顺畅(见图4、图5)。图3水流运动迹线2(下转第56页)·52·技术改造SMALLHYDＲOPOWEＲ2015No.2，TotalNo.182由表2得出，转速死区Ix=0.058

7、6%，小于转速上升和振动摆度各项指标均符合标准要求。国标要求的0.08%。7效果与结论(2)空载扰动试验上扰:超调量δ(%)=13.5%;调节时间tp4号水轮发电机组环形接力器改摇摆式直缸接=23.5s;波动次数=1次力器工作是结合机组小修期间进行的，完成施工下扰:超调量δ(%)=20.4%;调节时间tp后，充油操作动作正确，移动平稳。做紧急停机试=11.3s;波动次数=1次验时，发现时间从原来的7s变为9s，需要重新校(3)效率试验验和调整主配压伐节流孔直径。在工作水头为92m，导叶开度约为82

8、.5%时，经过1年多运行，没有发现在运行中有异常情机组出力可达43.1MW，水轮机效率为92.1%。况，运行状态有较好的改善，确保了机组的安全稳试验中最高效率94.5%，发生在导叶开度约为定运行，满足“无人值班(少人值守)”等若干规79.5%时，机组出力可达43.8MW。试验结果表明定与要求。水轮机的额定出力、额定效率及最高效率较改造前湖南镇电站4号机组环形改摇摆式直缸接力器没有明显提高。技术改造是成熟的也是成功的，机组稳定性、效(4)调保复核试验率、出力、摆度与振动等多方面达到了