盖孜水电站高水头水轮机选型设计

盖孜水电站高水头水轮机选型设计
安刚
【摘要】针对盖孜水电站高水头水轮机的特点,通过可研和招标阶段设计对水轮机参数进行优化,提高了电站长期运行的稳定性和可靠性.
【期刊名称】《水电站机电技术》
【年(卷),期】2017(040)006
【总页数】3页(P10-11,22)
【关键词】盖孜水电站;高水头水轮机;机组选型;混流式;水斗式
【作者】安刚
【作者单位】新疆水利水电勘测设计研究院,新疆乌鲁木齐830000
【正文语种】中文
【中图分类】TK730
盖孜水电站是盖孜河流域梯级开发的第二级电站，电站位于新疆维吾尔自治区克孜勒苏柯尔克孜州阿克陶县境内，距阿克陶县城约67 km，距喀什市约120 km。

电站为径流式电站，采用引水式开发，装机容量为116 MW，工程开发任务是水力
发电，与布仑口—公格尔电站同步运行，承担电力系统调峰任务。

工程主要有引
水调节池、发电引水系统、压力管道（一管三机，约11.45 km）、电站地面厂房、尾水渠、尾水节制退水闸、反调节池和反调节池引水闸及放空检修洞等组成。

（1）前池特性
正常水位 2 625.67 m
最低水位 2 624.792 m
调节性能无
（2）尾水位
最高尾水位 2 254.47 m
正常尾水位（3台机满发） 2 254.06 m
设计尾水位（1台机满发） 2 252.77 m
（3）水头
最大水头（毛水头） 373.77 m
加权平均水头（净水头） 360.48 m
额定水头（净水头） 347.0 m
最小水头（净水头） 346.33 m
（4）多年平均悬移质含沙量 0.021kg/m3
（5）电站动能指标
装机容量 116 MW
多年平均年发电量 3.83亿kW·h
年利用小时数 3 308 h
保证出力 38.3 MW
盖孜水电站水头为 346.33～373.77 m，Hmax/Hr=1.077、
Hmin/Hr=0.998、Hmax/Hmin=1.079，在该水头段可供选择的水轮机型式有混流式与水斗式两种。

可供选择机组台数有2台、3台和4台。

对于4台机方案，
由于其单机容量偏小、额定转速偏高、机组尺寸小、设计制造运行维护困难，可能给机组的稳定运行留下隐患，而且在初期投资和年维护费用方面，也比其它方案大。

故4台机方案不宜推荐。

综上所述，对机组机型和机组台数的选择可组合成2×54 MW混流式、水斗式，
3×38.7 MW混流式、水斗式四个方案作全面的分析。

3.1 机组机型选择
（1）在技术经济参数方面，由下页表1可知，混流式机型与水斗式机型相比，具有以下优点：
1）投资低，3台混流机型方案分别比2台水斗和3台水斗机型少354万元和631万元；
2）混流式水轮机效率高，最高效率比水斗式高，有试验资料表明，通常采用长短叶片的混流式水轮机在出力范围为(50%～100%)Nr时的效率始终比水斗式水轮机高。

水斗式水轮机效率随出力变化较小，但对水头变化敏感。

混流式机型的多年平均发电量要比水斗式多。

3）由于排出高度和吸出高度的要求，水斗式水轮机转轮需装设在最高尾水位以上约3 m，而混流式水轮机转轮需装设在设计尾水位以下8 m，考虑下游尾水位变幅，由此水斗式水轮机会因水头利用不充分造成一定电量损失。

近期（不考虑其下游梯级规划的托尕依水电站调节池）尾水变幅，水斗式水轮机比混流式水轮机将少利用水头约4.5m，造成年电量损失约800万kW·h。

4）盖孜电站负荷变化范围一般在40～116MW，低于40 MW的机会小，有利于发挥混流式机型的优势。

（2）在运行维护方面，水斗式机型与混流式机型相比，有以下特点：
1）混流式水轮机结构复杂，易损部件较水斗式水轮机多，检修、更换和维护工作量大，运行维护费用较高。

2）混流式水轮机过流部件多，迷宫及导叶端面间隙小，受泥沙磨损影响后更换不方便，检修工作量大。

但盖孜水电站过机泥沙小，预计泥沙磨损轻微，大修间隔时间较长。

3）水斗式水轮机在含沙水流下运行，喷针头、喷嘴口环及水斗分水刃的磨损也非
常剧烈，但这些部件相对独立，更换方便（在有备件的情况下，1～2 d即可完成）。

4）混流式机组发生振动、噪音及不稳定的机率较高，但大多制造厂家认为只要设计合理，尾水管压力脉动幅值 (即峰峰值)ΔH一般可控制在相应水头的3%。

鉴于以上原因，混流式机型初期投资低，效率高，多年平均发电量高约800万kW·h；水斗式水轮机具有运行、维护简单和零部件更换方便，检修工期短等特点，具有较好的运行维护性能；而盖孜电站机组过机泥沙含量轻微，由泥沙磨损引起的机组检修机会少。

因此本阶段推荐选用混流式机型。

3.2 机组台数选择
由表1可得，两种混流式方案水轮机工作范围及所得电量相当；主要机电设备及
主厂房土建投资3台机方案高约213万。

但3台机运行灵活、方便，检修时对电
站出力影响小一些。

另外，2台机比3台机在出力分配上出现高水头、小出力工况的可能性大，可能给机组的安全稳定运行留下隐患；另一方面盖孜电站接布仑口水电站的尾水，与布仑口水电站联合调峰，装机台数与之匹配有利于水能资源充分利用。

从提高梯级电站联合运行效率及灵活性角度，故推荐选用3台机方案。

根据盖孜水电站水头范围，可以选用400 m水头段混流式水轮机，根据现有模型
转轮资料，可供选用的水轮机转轮有HLD381B、HLA351、HL（E）等。

其模型
参数见表2。

经技术分析比较，HLD381B转轮综合性能较好，本阶段暂以HLD381B转轮参数作为混流式机型的计算依据。

根据推荐的HLD381B转轮和各工况点参数，经制造厂的比较计算，结合其他制造厂提供的相关资料，本阶段Hs取-8 m。

按设计尾水位（1台机满负荷运行，Q=12.6 m3/s）为2 252.77 m，选择盖孜电
站水轮机安装高程为2 244.77 m。

通过可研、招标、技施各阶段对水轮机参数的优化设计，最终确定水轮机主要参数如下：
水轮机型号 HL(EF)-LJ-190.6
转轮直径 1.906 m
额定流量 12.35 m3/s
额定出力 39.87MW
额定转速 600 r/min
飞逸转速 1 000 r/min
额定工况点效率 94.84%
最高效率 95%
额定比转速97.9 m·kW
允许吸出高度 -8 m
盖孜水电站属高水头电站，通过对混流式和水斗式机型比选，并结合电站自身特点，对水轮机参数进行了优化，为该电站今后长期安全稳定运行奠定了良好基础。

【相关文献】
[1]张延峰,高敏.功果桥水电站机组机型比选[J].西北水电，2012(S1)：38-40.
[2]段威,胡平.木星土水电站水轮机选型设计[J].西北水电, 2012(S1)：44-47.
[3]吴胜华,黄靖乾,陆星,等.锦屏二级水电站水轮机主要参数选择[J].水力机械技术,2015(3)：9-18.。