鸭河口水电站左岸电站机组增容改造

２ ＨＬ２４０Ａ－ＬＪ－１２３ １６．０～３０．５
１．２３
７２．５
１．２２
９３．１
０．１７
１．３０
０．４
□□□□□□□□□
作者简介：王利卿（1976-），女，河南洛阳人，讲师。
1
小水电 HENAN
《河南水利与南水北调》2 0 1 2 年 第 4 期
２．４ 转速确定
２．５ 不同水头下吸出高度对比
根据水轮机的综合特性及电站运行水头范围，确定
《河南水利与南水北调》2 0 1 2 年 第 4 期
小水电 HENAN
鸭河口水电站左岸电站机组增容改造
□王利卿（河南省郑州水利学校） □杨志超（河南省水利科学研究院） □张佳男（河南省农田水利水土保持技术推广站）
摘 要：鸭河口电站从 1959 年建成至今已 50 余年，目前存在机电设备超期服役、陈旧老化、配件难以购买、缺陷多、事故率高 等问题。长期带病运行给电站安全生产构成严重威胁，同时设备技术落后，发电效率和自动化程度低、能耗大、经济效益偏低。通过 电站技术改造，不但可提高电站的经济效益，而且还可提高电站的管理水平。
９３．１
允许吸出高度
ｍ
１．５
１．５
水轮机比转速 ｒ／ｍｉｎ
２７５
２６４
水轮机额定转速 ｒ／ｍｉｎ
３３３．３
３００
水轮机飞逸转速 ｒ／ｍｉｎ
４９９．９５
６５７
水轮机转轮重
ｔ
２．５
１．７
轴向水推力
ｔ
１７．２９
１６．８７
水轮机转轮叶片
片
１３
１３
水轮机价格
万元
７２
６５
３．１ 基本规格 采用与 ＨＬ２４０Ａ－ＬＪ－１２３ 配套的 ＳＦ２０００－２０／２６００ 发电机， 基本参数如下：型式，三相交流竖轴悬式同步发电机，管道通风；
ＨＬ２４０－ＬＪ－１２０ ＨＬ２７５－ＬＪ－１２０ ＨＬ２４０Ａ－ＬＪ－１２３
１８．０ｍ ２．７６ ３．０６ ２．４７
２０．２ｍ ２．８９ ２．８９ ２．８９
２１．０ｍ ２．９６ ２．８２ ２．９６
水头 ２２．０ｍ ２．９９ ２．７７ ２．９９
２３．０ｍ ３．０６ ２．６４ ２．６８
２３．７ｍ ２．８１ ２．４６ １．５０
关键词：水电站；电站机组；增容改造
1. 改造依据和改造原则 设计单位结合多年技改经验，对鸭河口左岸水电站原水轮机 （发电机）研究和论证，采用新颖、高效、先进转轮，严格按现行国标 设计制造，通过更换转轮、水轮机（水轮机的埋入部分，即蜗壳、尾 水管等不动）更换发电机及有关附件，达到较大程度地提高水轮机 功率（发电机功率）和水轮机效率，获得发电机组增容增效，使电站 得到少投资、高增效的目的。土建部分可以保持原有的机墩（环梁 立柱结构），如发电机基础、风道等，保证发电机通风良好。 2. 水轮机改造 ２．１ 水头分析 水库校核洪水位为 １８１．５ｍ，设计洪水位为 １７９．８４ｍ，正常蓄 水位为 １７７．０ｍ，防洪高水位为 １７９．１ｍ，汛期限制水位为 １７５．７ｍ， 死水位为 １６０．０ｍ，最低为尾水位水位为 １４８．９ｍ，正常尾水位为 １４９．５ｍ。机组的尾水位一般在 １４８．９～１５０．３８ｍ 之间变化，同时根
１５．５４ １７．２９ １６．８７
3. 发电机改造
２．７ 水轮机参数对比 表 4 水轮机参数对比表
名称
数量 单位
ＨＬ２７５－ＬＪ－１２０ ＨＬ２４０Ａ－ＬＪ－１２３
额定水头
ｍ
２４．３
额定流量
ｍ３／ｓ
９．８１
２３．７ １０．１９
额定出力
ｋＷ
２１２８
２１２３
额定效率
— ——
９０．２
９０
最高效率
—— —
９２．４
表 3 水轮机轴向水推力对比表
转轮型号
水推力系数 标称直径 最大水头 转轮重
主轴重 转轮轴向水推力 水轮机轴向水推力
ＨＬ２４０－ＬＪ－１２０
０．４
ＨＬ２７５－ＬＪ－１２０
０．４
ＨＬ２４０Ａ－ＬＪ－１２３
０．４
１．２
３０．５
１．２５
０．５
１．２
３０．５
２Fra Baidu bibliotek５
１．０
１．２３
３０．５
１．７
０．６８
１３．７９ １３．７９ １４．４９
表 1 模型转轮主要参数表
序 转轮型号
号
推荐使
最优工况
转轮直径
用水头
Ｈ（ｍ）
Ｄ（１ ｍ）
ｎ１１０ （ｒ／ｍｉｎ）
Ｑ１１０ （ｍ ／ｓ）
η０ （％）
σ０
限制 工况 Ｑ１１ （ｍ３／ｓ）
水推力 系数 Ｋ
１ ＨＬ２７５－ＬＪ－１２０ １６．０～４５．０
１．２０
８２．０
１．２６
９２．４
０．１３
１．４４
０．４
据近几年来水库水位统计资料，水库水位在 １６０．０～１７７．０ｍ 之间 波动，同时考虑从输水洞进口至电站尾水出口的沿程水头损失 和局部水头损失，因此确定机组运行水头应定在 １１．０～２７．０ｍ 范围内。
２．２ 设计流量 左岸为输水洞岔管引水，经压力水管、蝴蝶阀到蜗壳，输水 洞直径为 ３．５ｍ，钢筋混凝土圆洞，设计最大过流量 ５０ｍ３／ｓ，发电 支洞直径为 １．７５ｍ。考虑灌溉用水和工业用水后，确定改造的水 轮机引用流量为 ８．０～１１．０ｍ３／ｓ。 ２．３ 水轮机型号选择 根据对原水轮机模型流道参数及现有的尾水管、蜗壳尺寸 等研究，经多个优良模型转轮比较筛选，并结合鸭河口左岸水电 站参数，初选 ＨＬ２７５－ＬＪ－１２０ 和 ＨＬ２４０Ａ－ＬＪ－１２３ 两种转轮来进 行方案比较，再通过性能计算确定最优的技术改造方案。
额定容量：２．５ＭＶＡ／２０００ｋＷ； 额 定 电 压 ：３１５０Ｖ； 额 定 电 流 ： ４５８ ． ２Ａ ；额 定 转 速 ：３００ｒ／ｍｉｎ ；飞 逸 转 速 ：６５７ｒ／ｍｉｎ ；额 定 功 率 因 数：０．８（滞后）；额定频率：５０Ｈｚ；相数：３。
２４．３ｍ １．５０ １．５０ １．４０
２．６ 水轮机轴向水推力对比
利用经验公式计算作用于转轮的轴向水推力
Ｆｔ
＝Ｋ×
π ４
２
Ｄ１ Ｈｍａｘ
则，水轮机总的轴向水推力为
Ｆａ ＝Ｆｔ ＋（ＷＲ ＋ＷＳ ）
其中：ＷＲ —转轮重，ｔ；ＷＳ —主轴重，ｔ；高水头混流式水轮机 可取 ＷＳ＝ＷＲ ，中水头混流式水轮机可取 ＷＳ ＝（０．４￣０．５）ＷＲ（较低 水头或大机组取小值），对于发电机与水轮机同一轴的机组，混 流式可取 ＷＳ ＝（０．７￣０．８）ＷＲ 。
根据公式 Ｈｓ≤１０－ＫσＨ－▽／９００，计算不同水头下水轮机
ＨＬ２７５－ＬＪ－１２０ 的机组同步转速为 ３３３．３ｒ／ｍｉｎ，ＨＬ２４０Ａ－ＬＪ－１２３ 的允许吸出高度值进行，结果如表 ２ 所示。
的机组同步转速为 ３００．０ｒ／ｍｉｎ。
表 2 不同水头下的允许吸出高度对比表
允许吸出高度（ｍ） 转轮型号