高水头小容量水轮发电机组的选型设计

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1、高水头小容量水轮发电机组的选型设计　　三斗水库为建瓯市溪屯溪流域水电资源开发规划的龙头水库，总库容530万m3，兴利库容437万m3，为年调节水库。电站压力引水隧洞长2160m，明敷压力钢管长438m，最高水头，设计水头，最低发电水头，设计流量3／s，装机容量2×1250kW.多年平均发电量万kW·h，P＝75％保证出力690kW，设备年利用小时3310h，水库及电站概算总投资2037万元。　　三斗水库电站及赤坑水电站为溪屯溪规划开发的第一期工程，1986年12月动工，赤坑电站于1998年5月竣工发电，三斗电站于1999年9月开始试运行。　　三斗水库电站设计水

2、头，单机容量1250kW，为高水头、小容量水轮发电机组，查“中小型反击式水轮机使用范围综合图”，本电站水轮机选择在冲击式水轮机范围。冲击式水轮机具有构造简单、出力变化时对机组效率影响较小等优点，特别是其折向器的作用对调保有利，可节省调压井等水工建筑物的造价，但其转速低，机组体积大；混流式水轮机则其转速高，机组体积小，且运转可靠效率较高，并有适应水头范围宽的优势，还可利用尾水管回收能量，减少厂房开挖工程，但在低负载时机组效率降低较多。经机型选择计算，初选了CJA237－W－125／水轮机，配套SFW1250－14／1730发电机和HLD54－WJ－55水轮机，配

3、套SFW1250－4／1170发电机两种机型。　　走访闽、浙、赣三省主要水轮发电机设备制造厂，厂家表示两种机型均可生产供货，对高转速机组的运行都有所担心，推荐本站采用冲击式机组。初步报价两种机型的水轮机和发电机主设备价格相差悬殊，冲击式1套万元，混流式1套只70万元。初设中经两种机型的辅助设备配套和水工建筑物不同方案的投资对比，在造价上选用混流式机组仍可节省万元；此外选用HLD54－WJ－55水轮机在本站的水力条件下，运行区域很理想，溪屯溪水电站群在建瓯市电力系统中为辅助调频电站，对有水库调节的更应发挥顶峰作用，一般时间在较高出力区运行，既使水库水位变化，机组

4、也运行在较高效率区内，为此初设推荐选用HLD54－WJ－55配SFW1250－4／1170水轮发电机组。　　行问题和改进措施选用混流式水轮发电机组，其额定转速达到1500r／min，其运行状况是我们最为关注的问题，据设备生产厂家介绍，当时浙、赣两省尚没有相近规模高水头小转轮高转速的水电站，仅福建水力发电设备厂制造安装在龙岩大片溪水电站和漳平岭兜水电站有4台机组水力条件和装机规模相近，机组额定转速为1500r／min，并已建成发电。　　经现场考察，两站4台机组均已投产1年以上，运行中主要问题为：机组转速高、噪音大，轴承温度偏高，轴承润滑油为油泵供油外循环水冷却系

5、统，设置了重力油箱、回油箱、油泵及冷却水池等设施，不仅增加投资加大运行维护工作量，而且供油或供水系统发生故障时易发生烧瓦事故或被迫停机维修而影响正常发电。　　在机组订货和施工设计时，经与福建水力发电设备厂设计、生产、经营有关人员多次协商探讨，拟定了几项改进措施：　　1）推力轴承采用尼龙轴瓦，改进导轴承底瓦冷却装置降低轴承温度，同时润滑油改为自供内循环，取消油泵供油外循环冷却系统。不仅简化供油供水系统，节省投资节约厂用电，而且减轻运行人员的维修工作量，关键是减少了烧瓦事故和停电损失。　　2）技术供水采用顶盖取水，改变初步设计时的水泵供水方案，施工设计时技术供水系

6、统改为以顶盖取水为主，水泵供水为备用的设计方案，并在供水总管设置压力控制器和排水电磁阀等元件，电气自动化回路设计中增加了供水压力过高时自动排水降压，过低时自动开启供水泵增加供水压力和水量。　　3）发电机采用空冷器密闭循环空气冷却，并采取其他措施降低机组噪音。在改进措施逐项落实后才签署订货合同，付诸工程实施。　　三斗水库电站在大坝、引水系统、厂房土建工程进行预验收后，开始进行蜗壳充水、机组启动、带负荷、甩负荷等试验，并经72h试运行。由于有关单位的重视、配合和安装队的精湛工艺，机组试车基本上一次成功。当时大坝砌筑尚未达设计高程，水库水位，电站毛水头，导水叶开度7

7、6％时发电机出力即达到1250kW，其顶盖取水的供水压力、水量，各部温度以及甩100％负荷的压力、转速上升率均能符合设计和运行条件的要求。　　1）技术供水由顶盖取水是成功的三斗水库电站为高水头小转轮卧式混流式水轮机，D1＝55cm，采用顶盖取水附近省份尚无先例，可能是采用顶盖取水作为技术供水最小的转轮。按设备制造厂的技术资料，技术供水的压力～，每台机空冷器需水量34m3／h，推力轴承7m3／h，加2个导轴承总需水量约55m3／h；试运行时测得机组空载时供水总管压力～，供水量61m3／h，满载时供水压力，供水量73m3／h，随着大坝的继续砌筑和水库水位的升高，顶

8、盖取水的压力和水量还将加大，可满足机组