水电站增效扩容改造水轮机组选型研究

赵光宇

（山西水投汾河水务有限公司，山西 太原 030006）

1 工程概况

汾河水库为多年调节大（二）型水库，位于汾河上游干流太原市娄烦县杜交曲镇下石家庄村北1km处，总库容7.23亿m3，多年平均入库径流30362万m3。汾河水库水电站是利用汾河水库灌溉放水进行季节性发电，年平均灌期一般为6个月，年放水时间约为180d。设计水头52.0m，设计发电量最大引用流量29.5m3/s。装机容量2×6500kW[1]。运行方式采用发电服从灌溉，发电服从泄洪排沙的季节性运行方式，非灌溉可担负电网的调相任务。

2 汾河水库水电站现状

该电站1986年建成投产运行20多年来，年均发电量1977万kW·h，给当地的国民经济发展、工农业生产提供了可靠的电力能源，产生了较高的经济效益和较好的社会效益，目前电站存在以下问题。

一是机电设备严重老化，建筑物年久失修，存在许多事故隐患，维修周期越来越短。二是电站设备完好率降低，机组和电气设备长期得不到维修和更新，设备落后，主机组、电气设备和工程设施老化严重。三是安全隐患较严重。不能充分发挥电站应有的效益，同时浪费了大量的清洁可再生能源。四是机型不合理，装置效率降低，工程效率衰减。由于受当时技术条件限制，机组选型配套不当，工程老化失修，经营管理水平不高，导致装置效率达不到标准，且呈逐年下降趋势。五是高运行维护成本。机组老化，带病运行，大大增加了人员的检修劳动强度和运行工作量。

3 水轮机组选型方案

3.1 电站水能计算

根据《小型水力发电站水文计算规范》（SL77-2013），电能以丰、平、枯代表年的逐日平均流量计算。

按照《小水电水能设计规程》（SL76—2009），电站出力采用以下公式计算[2]：

式中：N——水流出力，kW；

η——为电站效率，取值0.86；

H——净水头，m；

Q——时段平均流量，m3/s。按规范要求进行电站水能计算，计算结果见表1。

根据近年来电站引水流量的变化，结合水能计算结果，初步确定机组装机容量为2台6500kW。当汾河电站总装机容量13000kW时，其年发电量为2462万kW·h，且年利用小时数达到1894h，所以本次技改从理论上是可行的，其流量能保证。

3.2 装机容量选择

汾河水库水电站为坝后引水式水电站，原有装机容量为13000kW，受现有厂房结构、压力钢管、混净土蜗壳限制，提出两种技改方案，即2×6500kW、2×7000kW，通过向水轮机厂家询价核算改造投资，对改造方案进行经济技术比选，详见表2。

从表2可以看出，方案一经济性合理性最好，而且发电流量不变，在装机容量不变的前提下，既能充分利用水能资源，又能符合电站已有土建部分的限制条件，所以采用方案一作为技改装机容量。

3.3 水轮机选型

根据复核后电站设计参数，对水轮发电机组设备进行重新选型。在运行水头（H=40.0～60.0m）段适合的转轮型号有HLD74和HLA551，经计算单位转数n11和单位流量Q11，分别对应到两转轮综合特性曲线上，在设计工况下，工作点都位于高效率区内，HLD74转轮对应的效率为91.9%，空化系数为0.144；HLA551转轮对应的效率为92.1%，空化系数为0.096。经比较，HLA 551效率较高，空化系数稍小，本阶段推荐HLA551转轮，型号为HLA551-LJ-140，配套发电机型号为SF 6500-16/3300。水轮机及发电机技术参数见表3。

表1 汾河水库水电站水能计算成果

表2 改造方案经济技术比选

表3 水轮机选型比较及发电机参数

4 结语

以山西省汾河水库水电站增效扩容改造工程为例，在论述技改必要性、技术可行性的基础上，根据电站水能计算结果，从经济技术合理性角度，确定了电站装机容量和水轮机选型，为合理利用水能，提高水电效益和质量提供了保证，同时为农村小水电改造提供了设计参考。

［1］张根锁，傅天清，马涛，等.汾河水库志［M］.太原：山西人民出版社，2011：66-68.

［2］邓欢，吴亚杨，胡超鹏，等.小水电站增效扩容的径流和水能计算方法及应用［J］.水电能源科学，2014，32（5）：160-164.

［3］叶永，雷未，牟玉池.农村水电站增效扩容改造机组选型探讨［J］.中国农村水利水电，2016（11）：193-195.

［4］王丽萍，王修贵，高仕春.水利工程经济学［M］.北京：中国水利水电出版社，2008：107-109.