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中小型老旧水电站水轮发电机组技术增容改造的方法和注意事项

1、老旧水电站在实施水轮发电机组技术增容改造时要注意考虑防洪、供水、灌溉、航运及水渔业的需要。

2、老旧水电站在技术挖潜改造的对象是指具有能量潜力的电站,一般有三种情况:一是老旧水电站具有流量潜力(电站原设计保守,流量没有充分利用);二是具有水头潜力(水头没有充分利用);三是电站运行的实际参数与设计参数的变化达不到额定出力。

  


机组的挖潜改造主要涉及水轮机过流部件(水轮机转轮、水轮机导水机构水轮机蜗壳、水轮机尾水管)和水轮发电机部分。

其中水轮发电机的改造较简单,因发水轮发电机通常都有10%左右的容量裕度,在增容中,应密切注意水轮发电机温度的变化。如果水轮发电机温度升高较多,这时应考虑对发电机进行增容改造。

  其方法是对水轮发电机的定子线圈、绝缘或转子线圈进行更新改造,并且提高绝缘等级。实践表明,在增容10%左右时,水轮发电机一般不必改造。

水轮机部分的改造,目前多采取不改变导水机构、蜗壳、尾水管尺寸以及转轮配合尺寸的情况下,仅用更换新转轮的方式,实现增容目的。

  因此,水轮机部分的增容主要是针对转轮进行的。

目前,在水电站运行中的转轮绝大多数是采用传统的一元流理论或二维势流理论设计的。随着流体力学和计算理论的发展,在转轮设计方面也有了很大的进步,发展了考虑转轮来流有旋、叶片有限厚及转轮叶片力作用的转轮与导叶联合作用的基于S2流面的二维设计模型、基于S1流面的准三维设计模型、全三维设计模型和优化设计模型等,一系列较先进的设计方法和理论。

  基于这些先进的设计方法和理论所设计的转轮,在其过流能力、效率等方面都有明显的提高,从而实现增容和提高枯水期水资源利用率的目标。

在转轮性能的分析方面,国内已建立了由转轮的准三元和全三维反问题模型构成的完整的现代水轮机设计系统。该系统可根据不同的要求选择不同的权因子来控制转轮的各项性能指标,通过多目标优化来实现对叶片性能的控制和预测。

  实验证明,该系统预测的性能指标与真机实验基本吻合。这就改变了传统的"理论设计→模型实验→修正→再实验"的转轮研制模式,大大缩短了转轮的研发周期,减少了研发费用,为转轮的单件、定制提供了现实的可能性。

地方中小水电机组在转轮的改造中采用上述先进的设计和性能预测方法,根据电站的自身情况,可方便地生产出更符合自己电站实际的高性能转轮。

  水轮机出力、水轮机效率、水轮机汽蚀性能等指标明显优于按传统型谱选择和生产的水轮机转轮。这种单件、定制的高科技转轮的价格仅比传统转轮的价格略高一点,但其所带来的效益却非常明显。

对增容改造的统计表明,在水轮机过流部件尺寸不变的前提下,更换性能优良的增容转轮,可使电站机组容量提高10%~20%。

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