左燕霞　張乃瑾　于　紅

(河北省石津灌區(qū)管理局，河北 石家莊　050051)

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豎井貫流式機組在土賢莊水電站的應用

左燕霞張乃瑾于紅

(河北省石津灌區(qū)管理局，河北 石家莊050051)

本文對豎井貫流式機組在土賢莊水電站的應用從裝機容量計算、機組選型比較和裝機方案確定等方面進行了分析比較，對整個電站的工程布置、機組運行和維護情況作了介紹，對機組運行維護中出現(xiàn)的增速器油溫偏高、噪音過大等問題提出了解決措施，確保了電站的順利安全發(fā)電。

豎井貫流式機組；裝機方案；工程布置；運行；維護

1　電站概況

土賢莊水電站由河北省石津灌區(qū)管理局負責運行和管理，位于石家莊市土賢莊村的石津總干渠上，是石津灌區(qū)梯級開發(fā)建設的第三座水電站。電站主要功能為通過南水北調配套工程石津總干渠向滄州和衡水兩市供水(以下簡稱“引江水”)以及由總干渠灌溉水在土賢莊跌水處形成的落差發(fā)電。工程主要由前池、進水閘、泄水閘、主廠房、副廠房、尾水閘、尾水池、升壓站組成，總裝機容量2×2000kW，多年平均年發(fā)電量1298.60萬kW·h，工程規(guī)模為小(2)型，工程等別為V等，建筑物等級為5級，電站設計流量89.02m3/s。

2　裝機方案

2.1裝機容量計算

土賢莊水電站在進行裝機容量確定時，充分考慮了石津灌區(qū)歷年的灌溉水量和南水北調通水后的分配水量，按典型年法計算了灌溉水和南水北調來水量的疊加情況，考慮了引水渠首至電站區(qū)間的水量蒸發(fā)、滲漏等，實際應用流量經測算乘以0.95的系數(shù)；計算內容主要包括：多年平均年發(fā)電量、裝機容量、多年平均利用小時數(shù)、加權平均水頭及水能利用率等。

發(fā)電設計水頭根據(jù)實際測量，電站上、下游總落差為5.63m，水頭損失合計為0.13m，計算電站設計凈水頭為5.5m；發(fā)電用水量計算時根據(jù)頻率分析的計算結果，選擇與設計值相近、徑流及其他資料較為完整、對電站未來運行較不利的年份作為典型年，經比較分析確定三個典型年的供水量均按平水年計算，為4.67億m3，最終按典型年實際年徑流與設計年徑流的比值進行修正，得到不同保證率下的逐日流量和發(fā)電的日用水量；經電站日出力和年電能計算，得出土賢莊水電站水能計算成果，見表1[1]。

表1　水能計算成果

根據(jù)表1的水能計算成果，以75%年裝機年利用小時數(shù)在3000h左右、多年平均裝機年利用小時數(shù)在3300h左右為原則，最終確定裝機容量宜在4000kW左右。

2.2機組選型比較

在機組選型時根據(jù)電站的裝機容量和基本參數(shù)，考慮如何適應電站水頭的不斷變化情況，選用新型實用且具有高效轉輪的水輪發(fā)電機組，同時綜合考慮了不同型式水輪機的機組價格、土建工程量和運行維護成本。電站最大水頭6.7m，設計水頭5.5m，最低水頭5.0m，根據(jù)其運行水頭，初步選擇對豎井貫流式機組、燈泡貫流式機組和軸伸貫流式機組進行了經濟、技術比較。

燈泡貫流式機組，具有轉輪直徑小、體積小的特點，在設計和安裝過程中要考慮把大體積的發(fā)電機放入尺寸很小的燈泡體內，存在著較大的困難，同時在后期的維護保養(yǎng)方面也存在諸多不便，而且工程造價和維護費用也相對較高。

軸伸貫流式機組，具有造型、結構布置相對簡單，設計、安裝和維護檢修較方便的特點，在設計和安裝過程中將增速器和發(fā)電機放在流道外；但軸伸貫流式機組的彎尾水管對水輪機運行過程中的整體性能影響較大，使機組的發(fā)電效率和出力明顯降低。若要滿足相同裝機容量的發(fā)電要求，應采取措施來加大整個機組的規(guī)格尺寸，但同時機組的工程造價和土建工程量也將增加。

豎井貫流式機組，具有結構布置簡單、安裝維修方便、運行中水力條件好等特點，在設計和安裝的過程中采用鋼筋混凝土開敞豎井式結構，將水輪機和發(fā)電機沿水量方向分別布置于不同的開敞式豎井中，在水輪機經增速器增速后通過軸承與發(fā)電機相連，減小發(fā)電機尺寸。該機組安裝布置在地面以下，工程占地面積較小，機組的工程造價相對較低，對發(fā)電機的要求也降低，機組運行的可靠性明顯提高[2]。

2.3裝機方案確定

在初步設計中，經過水能計算，土賢莊水電站裝機容量宜在4000kW左右，據(jù)此選擇了3個裝機容量方案進行比較，各方案的機組性能基本參數(shù)見表2。

表2　機組性能參數(shù)比較

由表2中的數(shù)據(jù)綜合分析，豎井貫流轉槳式(手動轉漿)單機流量從最大44.51m3/s 至最小12.71m3/s，當流量較大時水能利用率較高，高效率運行區(qū)域較寬，小流量時通過手動調節(jié)葉片角度，能充分利用引江水量輸水發(fā)電。根據(jù)石津總干渠多年運行資料及管理經驗，充分利用水力資源并考慮電站建成后發(fā)揮的最大經濟效益，同時，考慮各機組的優(yōu)缺點，最終選用豎井貫流轉槳式機組。

另外，充分考慮小水電站根據(jù)裝機容量，應盡量按規(guī)范要求選擇同型號、同規(guī)格、同容量的兩臺機組，相應的安裝和運行的性價比較高，也有利于備用備件的通用，節(jié)省維護保養(yǎng)費用。因為臺數(shù)過多或過少都會存在弊端，若安裝的臺數(shù)少、單臺功率較大，在運行的過程中會造成平均效率低，在來水量較少的情況下，機組無法正常發(fā)電，達不到額定出力，甚至只夠空載損耗；若安裝的臺數(shù)過多，會造成建設過程中的工程投資增大，在今后的運行中，維護檢修費用會偏高。最終，選擇了采用2臺2000kW的豎井貫流式水輪發(fā)電機組的方案Ⅰ作為土賢莊水電站的發(fā)電機組進行建設。

3　樞紐工程布置

土賢莊水電站布置在石津總干渠上，采用渠道引水式布置方式，電站所在的石津總干渠段位于石家莊市二環(huán)路上、下行車道之間，被二環(huán)路和新城大道高架橋所包圍，總干渠北側距離二環(huán)快速路約13.27m，南側僅為4.43m，電站下游200m即為新城大道高架橋，故電站的布置位置相對狹窄，更不宜選用較大型的機組進行布置，選用豎井貫流式機組可以充分利用地下空間，節(jié)省工程量和投資。

電站的主要布置為地下主廠房、地上副廠房，2臺機組并排布置在左側，位于地面高程以上，上邊預留進水閘和過水流道的位置，泄水閘位于工程的最右側，主廠房內的發(fā)電機和水輪機沿水流方向分別布置在兩個敞開式的豎井中，稀油站、接力器和調速器也布置在發(fā)電機的豎井內；副廠房分三層布置， 一、二層有中央控制室，高低壓開關柜室，技術供水設施，啟閉機室，空壓機以及發(fā)電機勵磁變壓器等，三層主要為辦公用房。

4　水輪機組的應用

4.1運行情況

土賢莊水電站自2013年3月17日—2015年5月6日，累計安全運行137天，安全生產無事故，累計發(fā)電540萬kW·h，基本形成了一套適合該電站的運行管理模式，機組、水工建筑物等設備設置運行情況基本正常，水工建筑物穩(wěn)定，無滲、漏水現(xiàn)象；閘門操作靈活，狀況良好；通風、防潮、排水、消防、照明等設施完好；所有設備設施各項指標均基本達到設計和規(guī)范要求。

由于電站在建設安裝過程中為了減少發(fā)電機尺寸和投資，選擇豎井貫流式發(fā)電機組，而增速器作為一套變速裝置機構是專門為豎井貫流式發(fā)電機組研究設計安裝的，主要通過軸承安裝在水輪機與發(fā)電機之間，由變速箱、潤滑油箱及控制設備組成。在運行維護過程中，可能是由于油冷卻器油質不干凈、油冷卻器不工作、輸送的油和水太少以及冷卻器未開啟等原因造成機組存在著增速器油溫較高現(xiàn)象，同時，由于增速器位于豎井內且一直在高轉速和高負荷下工作運行，持續(xù)不斷地產生較大噪音，運行環(huán)境較差，對運行人員的心理產生了一定的不良影響[3]。

4.2維護措施

土賢莊水電站在運行過程中也注重加強對機組的保養(yǎng)、檢修和維護，出現(xiàn)問題能夠做到及時處理，確保電站順利安全運行。在維護過程中，采取清潔冷卻器、檢查進液管和冷卻器、檢查溫度調節(jié)閥及設備控制系統(tǒng)等措施來降低油溫，加大潤滑油的流量并保持足夠的壓力，使供油充足，能充分達到對行星齒輪和軸套進行潤滑的作用。尤其在機組長期運行過程中，盡量采取措施減少磨蝕，并使磨蝕出的金屬粉末和片狀物質能通過油回路及時排出，防止逐漸堆積造成潤滑油出油通道和行星輪潤滑油通道的進口堵塞，同時在出現(xiàn)堵塞后及時對夾雜的金屬物進行清除和充分潤滑，避免造成行星輪和軸套摩擦發(fā)熱，最終被燒壞的更為嚴重的后果[4]。

另外，在增速器和發(fā)電機的豎井內采取吸音、隔音、降音等措施來改變噪音的傳播途徑和傳播頻率，達到降低噪音分貝值的效果，同時提高工作效率盡量減少運行人員在豎井內的工作時間，采取措施改善工作環(huán)境，給運行人員配備防護用具，降低噪聲對運行人員的危害，保障運行人員的身心健康。

5　結　語

目前，豎井貫流式發(fā)電機組在我國小水電行業(yè)中的應用不是很廣泛，還處于初期發(fā)展階段，在機組的設計、制造、安裝、運行、維護和管理方面都沒有足夠成熟的經驗可借鑒，還存在著諸多的不足和問題需要在今后的應用中通過不斷的探索來解決和完善。土賢莊水電站的豎井貫流式發(fā)電機組也是河北省第一座運行該類型機組發(fā)電的小水電站，無運行和管理經驗可參考，更需要電站的運行人員在運行過程中逐漸摸索和掌握機組的運行性能和規(guī)律，多積累保養(yǎng)、檢修和維護經驗，確保電站的順利運行。

[1]明時玉.野鴨河生態(tài)電站裝機容量選擇分析[J].中國水能及電氣化，2003(12)：46-47.

[2]任柏青,孫媛媛.貫流式機組在河盤橋電站的應用[J].浙江水利科技，1999(2)：14-15.

[3]孫海波,趙偉,孟佳佳.新型水輪機的研究與開發(fā)[J].中國水能及電氣化，2015，118(1)：42-44.

[4]楊平.豎井貫流式機組在小龍水電站中的應用及問題分析[J].四川水力發(fā)電，2011，30(5)：144-146.

Application of shaft bulb turbine unit in Tuxianzhuang Hydropower Station

ZUO Yanxia, ZHANG Naijin, YU Hong

(HebeiShijinIrrigationAreaAdministration,Shijiazhuang050051,China)

In the paper, the application of shaft bulb turbine unit in Tuxianzhuang Hydropower Station is analyzed and compared from the aspects of installed capacity calculation, unit model selection comparison and installed plan determination, etc. Project arrangement, unit operation and maintenance condition of the whole station are introduced. Solution measures are proposed for the problems in speed increasers, such as higher oil temperature, higher noise, etc., during unit operation maintenance. Smooth and safe power generation of the power station is ensured.

shaft turbine unit; installed plan; engineering arrangement; operation; maintenance

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.04.012

TV734.1

B

1673-8241(2016)04- 0045- 04