下湘水電站軸流式水輪發(fā)電機(jī)組選型方案

下湘水電站軸流式水輪發(fā)電機(jī)組選型方案

1廠內(nèi)水庫(kù)系統(tǒng)改造下湘水庫(kù)于1973年重建，水庫(kù)原始泵站于1968年竣工。電站壩址集雨面積3035km2,多年平均來(lái)水量為67.2m3/s,壩前正常高水位為181.0m,電站裝機(jī)5×125kW,年均發(fā)電量約270萬(wàn)kW,沒(méi)有充分利用水資源。由于年久失修,電站擋水壩破損嚴(yán)重,多處漏水,造成水資源浪費(fèi)。廠內(nèi)設(shè)備已嚴(yán)重老化,且超過(guò)更新期,效率及利用率很低。1994年12月設(shè)計(jì)院編報(bào)的《環(huán)江毛南族自治縣下湘水電站技改擴(kuò)建初步設(shè)計(jì)報(bào)告》,擬拆除原電站小壩,加高重建,改建后水庫(kù)正常水位為193.00m,總庫(kù)容3620萬(wàn)m3,總裝機(jī)9.6MW。由于上游社村水庫(kù)未建,調(diào)節(jié)性能差,故按一期裝2×3200kW,設(shè)計(jì)年發(fā)電量2888.3萬(wàn)kW·h,裝機(jī)年利用4513h。二期裝1×3200kW開(kāi)發(fā)。2項(xiàng)目背景和設(shè)備選型方案下湘電站為河床式水電站,最大水頭15.12m,最小水頭4.58m,加權(quán)平均水頭13.4m,總裝機(jī)9.6MW,單機(jī)容量小,水頭變幅大,水頭低,引用流量小。在這一水頭、流量和機(jī)組容量段,適于選用軸流式水輪發(fā)電機(jī)組。為充分利用水力資源,宜選用轉(zhuǎn)輪直徑較小、流道小、且效率高、高效率區(qū)運(yùn)行范圍廣的水輪機(jī)。但在國(guó)內(nèi)已生產(chǎn)的設(shè)備序列型號(hào)中,沒(méi)有技術(shù)參數(shù)適合的效率高和高效率區(qū)范圍較寬的軸流轉(zhuǎn)槳機(jī)組可選用。因此,本項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí),面臨要么需放棄高效率和理想的穩(wěn)定和高出力工況,要么只能要求廠家提高技術(shù)水平和加工工藝,生產(chǎn)小型號(hào)轉(zhuǎn)輪的新機(jī)組。初步設(shè)計(jì)階段,進(jìn)行了裝機(jī)3×2500kW和3×3200kW的容量規(guī)模及軸流定槳ZD560和軸流轉(zhuǎn)槳ZZ560a水輪發(fā)電機(jī)組型號(hào)的方案比選。由于轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜,轉(zhuǎn)輪直徑越小,就要求置于轉(zhuǎn)輪主軸空腔內(nèi)承擔(dān)轉(zhuǎn)動(dòng)槳葉巨大扭力的操縱機(jī)構(gòu)越精密和體形尺寸小型化,各種器件制造加工精度要求也越高。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)過(guò)的轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑最小僅為2.5m,制造更小直徑轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)缺少成熟技術(shù)。鑒于有關(guān)專家對(duì)國(guó)內(nèi)是否具備生產(chǎn)這種小型轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)槳操縱機(jī)構(gòu)的能力亦持有懷疑,并建議盡量在已生產(chǎn)過(guò)的設(shè)備型譜中,改選轉(zhuǎn)輪直徑較大的機(jī)組,雖設(shè)備參數(shù)與本電站特征技術(shù)參數(shù)不甚吻合,運(yùn)行工況和設(shè)備出力會(huì)有一些偏差,但不致冒失敗的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)向國(guó)內(nèi)多家水輪機(jī)生產(chǎn)廠家咨詢和征求意見(jiàn),廠家均承諾有設(shè)計(jì)制造最小直徑為2.25m轉(zhuǎn)輪的能力(需要40萬(wàn)元的設(shè)備設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)費(fèi)用)。故在初步設(shè)計(jì)階段選擇的機(jī)型為ZZ560a-LH-225型水輪機(jī),轉(zhuǎn)輪直徑為2.25m,配SF3200-24/3250型發(fā)電機(jī)。1995年4月,廣西區(qū)水電廳以桂水電技字第19號(hào)文批復(fù),同意下湘水電站技改擴(kuò)建。項(xiàng)目籌建階段,考慮到下湘水電站機(jī)組的特殊性,設(shè)計(jì)院進(jìn)一步對(duì)水輪機(jī)的選型作分析論證,充分了解了水輪機(jī)型譜提供的機(jī)型,并對(duì)多個(gè)水輪機(jī)生產(chǎn)廠家提供的機(jī)型及設(shè)備技術(shù)參數(shù)進(jìn)行綜合比較。為落實(shí)設(shè)備生產(chǎn)廠家,保證該工程水輪發(fā)電機(jī)組選型和生產(chǎn)制造取得成功,經(jīng)研究后,1995年6月設(shè)計(jì)院與電站指揮部、應(yīng)邀專家共同對(duì)可能具備該機(jī)組生產(chǎn)能力的部分廠家,進(jìn)行了技術(shù)力量和生產(chǎn)能力及廠家對(duì)本項(xiàng)目機(jī)組選型意見(jiàn)方面的考察,在對(duì)考察結(jié)果評(píng)估后,向建設(shè)單位提出了推薦選擇杭州發(fā)電設(shè)備廠作為下湘水電站技改擴(kuò)建工程設(shè)備生產(chǎn)廠家的書(shū)面意見(jiàn),并與杭州發(fā)電設(shè)備廠商簽了ZZ560a-LH-225配SF3200-24/3250水輪發(fā)電機(jī)組的技術(shù)協(xié)議。技施設(shè)計(jì)階段,在機(jī)組定貨期,杭州發(fā)電設(shè)備廠已與挪威克瓦納公司組建了克瓦納(杭州)發(fā)電設(shè)備有限公司,引進(jìn)了挪威克瓦納公司的K305711轉(zhuǎn)輪和挪威發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)?？送呒{公司具有優(yōu)久的水電設(shè)備設(shè)計(jì)制造歷史,擁有雄厚的水電設(shè)備設(shè)計(jì)能力,對(duì)K305711轉(zhuǎn)輪擁有成功的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn),該轉(zhuǎn)輪模型水輪機(jī)最高效率可達(dá)93%。作為對(duì)選用新型號(hào)水輪機(jī)的支持,和憑借自身?yè)碛械男酆窦夹g(shù)實(shí)力,克瓦納(杭州)發(fā)電設(shè)備有限公司免收了新機(jī)型設(shè)備設(shè)計(jì)費(fèi)用,為工程節(jié)省投資40萬(wàn)元。機(jī)組主要參數(shù)見(jiàn)表1,其中列出了下湘水電站技改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)中所選的幾種機(jī)型技術(shù)參數(shù),以作分析比較選擇。從表1的資料可看出,與相同單機(jī)容量的軸流式水輪發(fā)電機(jī)組比較,在相同出力情況,克瓦納公司的K305711轉(zhuǎn)輪直徑小,引用流量少,效率高(額定效率比ZD560型機(jī)組高5.5%,比ZZ560型機(jī)組高3.4%),比國(guó)內(nèi)常用的ZZ560轉(zhuǎn)輪具有更優(yōu)良的性能。由于有先進(jìn)技術(shù)支持,下湘水電站擴(kuò)建指揮部、設(shè)計(jì)院與克瓦納(杭州)發(fā)電設(shè)備有限公司經(jīng)充分協(xié)商后,最終確定在下湘水電站項(xiàng)目采用ZZ(K305711)-LH-215配SF3200-J24/3250水輪發(fā)電機(jī)組。1998年2月下湘水電站技改擴(kuò)建一期工程開(kāi)工建設(shè),同期機(jī)組設(shè)備訂貨合同簽訂。1998年4月廠家提交了該水輪發(fā)電機(jī)組初步設(shè)計(jì)圖紙,同時(shí)設(shè)計(jì)院與建設(shè)單位和廠家對(duì)機(jī)組設(shè)計(jì)圖進(jìn)行了會(huì)審。1998年6月設(shè)備投入制造,2000年9月一期工程的兩臺(tái)機(jī)組開(kāi)始安裝,2000年12月設(shè)備安裝完成并進(jìn)行投產(chǎn)試運(yùn)行;2003年1月二期工程建設(shè),2003年7月第三臺(tái)設(shè)備安裝完成投入運(yùn)行,整個(gè)工程完建。4工程建設(shè)效益自2000年12月一期工程投入運(yùn)行以來(lái),機(jī)組設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定,運(yùn)行工況良好,沒(méi)有出現(xiàn)明顯的空蝕和振動(dòng)現(xiàn)象,整機(jī)和水輪機(jī)槳葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)操作穩(wěn)定靈活,機(jī)械故障少,設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)檢修方便,沒(méi)有出現(xiàn)一般機(jī)組常見(jiàn)的漏油情況。機(jī)組能在各水頭工況下穩(wěn)定運(yùn)行,額定工況下出力達(dá)到3200kW;在高水頭工況下可超出力運(yùn)行,最大出力達(dá)3700kW,各運(yùn)行參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求指標(biāo)。從2001年至2004年,雖遇連續(xù)枯水年份(2003年為秋冬春旱,2004年秋冬旱,部分地方屬50年一遇大旱),累計(jì)發(fā)電量仍達(dá)9730kW·h,發(fā)電收入3405.5萬(wàn)元,利稅919.5萬(wàn)元,年均創(chuàng)造社會(huì)效益62105萬(wàn)元。一期工程從2001年至2003年電站累計(jì)發(fā)電量為7000萬(wàn)kW·h,年均發(fā)電量2333.3萬(wàn)kW·h,比未擴(kuò)建時(shí)增加年發(fā)電量約2063.33萬(wàn)kW·h,增加發(fā)電收入722.2萬(wàn)元。完建后的2004年發(fā)電量為2730萬(wàn)kW·h,比未擴(kuò)建工程增加發(fā)電量2460萬(wàn)kW·h,增幅為911%,增加發(fā)電收入766.5萬(wàn)元。電站出力基本達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。5國(guó)內(nèi)高精度水輪機(jī)生產(chǎn)及轉(zhuǎn)槳操縱機(jī)構(gòu)精密化、模塊化技術(shù)當(dāng)前國(guó)內(nèi)中、高水頭,以及較大些裝機(jī)規(guī)模的中、小型水電站幾乎已經(jīng)開(kāi)發(fā)完畢,僅剩下一些水頭較低,裝機(jī)較小的小型項(xiàng)目可以開(kāi)發(fā)。ZZ(K305711)-LH-215水輪機(jī)的成功生產(chǎn)制造和在下湘水電站安全穩(wěn)定運(yùn)行,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)小直徑轉(zhuǎn)槳式轉(zhuǎn)輪(直徑2.15m)的技術(shù)