关公凹水电站机组选型设计优化研究

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1、关公凹水电站机组选型设计优化研究［摘要］对水电站的机组进行准确选型，不仅事关电站将来能否安全可靠、高效运行，对工程投资也有着较大的影响。本文介绍了清流县关公凹水电站水轮机机型比选情况，对原初设的机组型号及参数进行了优化，使电站出力有了较大提高，节省了工程投资。同时，通过对本电站的机组选型优化设计进行总结，提出了中低水头段、大流量的中小型电站水轮机选型的一些看法。［关键词］关公凹水电站水轮机选型优化设计1电站概况关公凹水电站位于福建省清流县罗口溪的干流。该工程坝址位于长潭河与罗口溪汇合口上游约700m处的罗口溪上，坝址以上控制流域面积1220km2，水库

2、总库容730万m3。本工程以发电为主，电站总装机容量2X8000kW，是清流县历史以来装机容量最大的水电站，电站为不完全日调节电站。电站枢纽由拦河坝、发电引水系统、坝后厂房及升压变电站等组成。2机组选型基本资料2.1水位（黄零为基准面）水库水位：正常蓄水位291.30m；死水位286.50m；设计洪水位291.58m；校核洪水位291.83m。尾水位：最低尾水位263.50m；正常尾水位264.80m；设计洪水位278.59m;校核洪水位279.25mo2.2水头最大水头：25.1m；最小水头：21.4m；设计水头：22.1m。85.6m3/s；2.3

3、发电引用设计流量：最小流量：21.4m3/s。3水轮机原选型设计及问题在关公凹电站原初步设计中，推荐机组台数2台单机容量为7500kW,采用混流式水轮机，水轮机型号为HLA551-LJ-240型，ns=306.7m.kW,配套发电机型号为SF7500-36/4250。根据关公凹电站的水能参数，选择混流式水轮机的优点有：（1）水轮机安装、检修方便；（2）机组吸出高度HS值大，水轮机安装高程高，机坑开挖浅。缺点有：（1）偏离额定工况时，效率下降显著；（2）机组运行范围窄；（3）机组过流量小、转速低、机组重量大、造价贵。4水轮机选型设计优化为了降低关公凹水电

4、站的工程投资造价，充分利用水能，使电站在投产后具有良好的技术性能和经济效益，必须对原设计选择的2台混流式水轮机方案进行优化。优化后的方案是：机组台数2台，单机容量为8000kW，采用轴流转桨式水轮机，水轮机型号为ZZJK508-LJ-250,配套发电机型号为SF8000-24/4250。水轮机基本参数是：设计水头：22.1m；设计流量：42.8m3/s;设计出力：8282kW；额定转速：250r/min；额定效率：92.5%。采用轴流转桨式水轮机的优缺点如下。优点：（1>转速高，转速从166.7r/min（36极）提高到250r/min（24极），机组

5、的比转速提高到474.8m.kW，比初步设计审查批复（初设审查批复水机型号按比转速305m.kW左右选定）有了较大幅度提高，大大降低水轮发电机组总重量，进而节省材料，降低机组造价；（2>水轮机效率高且平缓，半负荷时（4000kW），水轮机效率也在90%以上；（3）机组运行稳定，运行范围广；（4）水能利用充分，年平均发电电能显著增加，电站装机容量从原初设批复的15000kW提高到16000kWo缺点:（1）安装、检修较混流式复杂；（2）机组安装高程较低，厂房开挖深度增加约4m。原设计的混流式机组与优化后的轴流式机组方案比较如下表所示。从上表可以看出，混流

6、式水轮发电机组比轴流式发电机组在厂房及机电设备投资上要高出89万元，额定效率要低0.5%（在偏离设计水头时效率还要低更多）。电站的年利用小时数为3913小时。根据水轮机出力公式：N=9.81QHH式中：N—水轮机出力（kW）;Q—水轮机流量（m3/s）;H—设计水头(m);n—水轮机效率。在方案比较中，两个方案的发电机效率基本相同，不予比较，由此我们可以推算出在不同时段水头下，同样流量情况下，两种机组的出力差值△N=N1-N2式中：N1—轴流转奖式水轮机出力(kW);N2—混流式水轮机出力(kW)。方案优化后，水轮机运行效率基本都在88.5%以上。经计

7、算，选用新型机组后，电站年平均电能6260万kWh,比初设增加223万kWh,按上网电价0.3元/kWh计，则年增加经济收入66.9万元。5结语在选择中低交界水头段的中小型机组时，应该对轴流式机型和混流式机型进行认真比选。在确定水电站的机组形式时，不要只注重土建开挖深及投资，而应除了对土建及机电设备的总投资作充分的分析比较外，还要对机组运行效率作进一步分析比较，使电站在投产后的长期运行中能稳定高效运行。清流县关公凹水电站已于2003年顺利投产发电，机组运转稳定，电站出力均达到设计要求。2007年对2号机进行大修检查，2号机转轮表面平滑，基本无汽蚀现象。

8、设计方案优化后经济效益明显，获运行管理单位好评。参考文献：[1]水电站机电设计手册[水力机械]