水电站水轮机增效扩容改造技术研究论文_田庆敏

摘要：对现有的水电站进行必要的更新改造是保证水电站安全生产、降低检修费用、提高水电站经济性的一种有效途径。因此，本文就探讨某水电站水轮机的更新改造，通过介绍改造特点及目的，对该水电站全部机组进行改造，并讲述了设备制作和设计，在机组安装完成后，进行了无水和有水各项试验，经数据分析可知，改造后机组效率的提高达到了所期望的结果。

关键词：水电站；水轮机；更新改造；设计；试验

引言

近年来，我国水电建设取得了较大的成就，但是现今的水电站大都存在着装机容量小、设备陈旧，电气设施老化和破损严重等现象，且机械设备故障率较高，发电效率较低。而水轮机的转轮是水电站实现水能转变成机械能的关键部件，如果转轮选择失当，即会导致效率下降，不仅降低了电站经济效益，还会带来一系列的负面影响，如发生振动、气蚀等。因此，为了充分发挥这些水电站的优势，我们应根据水电站的实际情况，采用合理的技术手段对这些水电站的水轮机进行更新改造。下文就针对某水电站水轮机的更新改造进行论述，可供参考。

1 水电站简介

某水电站第一台机组于1959年投入运行，作为当时国内最大容量的水电站，至今已经过了50a运行，设备已经老化，此次对4台机组全部实施更新改造。

2 改造特点及目的

本改造工程考虑到该水电站的实际情况，更新改造过程需要更改设备的一些规格参数，因此使用最新的技术提高了机组效率，并实现了工期的最短化。此次改造工程的特点及目的如表1所示。

表1 更新改造工程的目的和特点表

更新改造前后的水轮机参数对比见表2和图1。

表2 改造前后水轮机参数表

图1 更新改造前后水轮机出力对比图

3 设备制作和设计

（1）与埋入部件的配合。更新后的部件必须考虑好与保留的蜗壳和下部尾水管之间的衔接配合。为了使改造后水轮机性能最优化，对固定导叶和活动导叶、转轮内部及尾水管内部进行CFD解析，通过模型试验确认是否达到期望的水轮机性能。新座环与埋入部分蜗壳之间设置调整板，与尾水管之间设置调整管，现场安装时与之配合制造。图2是水轮机剖面图，图3是座环现场安装图。

图2 水轮机剖面图

图3 座环现场安装图

（2）机坑内配管。机坑内配管包括大管径的平衡管和机坑漏水管等，这些管路从蜗壳鼻端引出，这样砼开挖量最小，单侧布置的导叶接力器支撑位置也需要开挖一部分混凝土。小管径管路从机坑进人门处引出。

（3）进水阀。原来的进水阀是立轴蝴蝶阀，更新后的进水阀采用水力损失更小，密封性能更好的复叶阀结构。为了在原来的进水阀空间内能够布置下阀门，采用立轴方式，这种方式是国内最大容量的进水阀。图4是进水阀工厂动作试验的照片。

图4 进水阀工厂动作试验图

（4）高油压系统的应用。原电站调速器油压系统额定油压为2.1MPa（21kgf/cm2），与现在的油压等级相比过低，为了减小设备布置空间，改造后调速器油压系统采用7MPa额定油压。同时改造后调速器省略了空压机系统，与引导阀采用同轴结构，新开发的调速器是灵敏性更高的PID型X级调速器。图5是新开发调速器照片。

图5 田子仓改造后调速器图

4 安装和现场试验

水轮机中心是现场安装的基准，从水轮机中心到蜗壳各部位的位置确定等，首次使用了激光放线器，工作量是传统方法的一半，精度提高了数倍。图6是现场测量状况。

图6 激光放线确定切割位置图

保留使用的蜗壳与新的座环之间通过设置蜗壳调整板来调整。新座环与原蜗壳的焊缝，相对座环较近的现场焊缝是整圈焊缝的二分之一左右，现场焊接对座环的热影响较大。因此，现场焊接后，对座环上下安装部位和密封部位在现场修正加工，以保证达到原定的设计精度。一方面，现场需对保留保用部件的尺寸进行测量确认，与进水阀连接的蜗壳直管段法兰由于时间久远已经变形数毫米，因此对蜗壳直管部位的法兰面修正加工处理。

机组安装后，进行了无水和有水各项试验。甩负荷试验结果如图7所示，由于转速提高了二档所引起的最大水压和转速上升率各数值均在之前计算预测范围内。导叶开度和出力试验时的水轮机轴振动如图8所示，轴振动较小，运行状态好。

图7 甩负荷试验结果图

图8 改造前后水机轴振动图

图9是改造后机组的效率现场测定和改造前机组相对效率的对比，改造后机组效率的提高达到了所期望的结果。

图9 水轮机相对效率比较图

5 结语

综合上述，本水电站的水轮机、发电机改造采用保留原蜗壳的方案，使得改造成本大幅降低，保留了厂房土建基础强度，实现了工期的最短化，可见该方案是正确的、成功的。然而水电站的更新改造，不能停留在原来的技术水平上，这是毋庸置疑的。水电站的更新改造就要以社会经济成长对水电的要求为动力，以进步的科学技术为依托，积极接纳多种综合技术措施，达到节省资金，生效快捷，提高经济效益的目的。

参考文献：

[1] 张雪梅，王炜.丹江口水电厂4号水轮机更新改造[J].水电与新能源.2012

[2] 徐大荣，马志龙.塔吉克格罗夫纳亚电站水轮机技术更新改造[J].水电能源科学.2015

[3] 熊勇，王恩军.花坪电站1号水轮机更新改造[J].小水电.2014

论文作者:田庆敏

论文发表刊物:《基层建设》2016年12期

论文发表时间:2016/10/19

标签：水轮机论文;  水电站论文;  调速器论文;  更新改造论文;  机组论文;  现场论文;  油压论文;  《基层建设》2016年12期论文;