摘要南湾水电站水轮机更新改造中优选HL275型转轮，并对原子埋部件结构作了处理，充分发挥了该转轮高效、大过流量特点。改造后在中、低水头段平均增容250kW，增幅达13％。

关键词水电站水轮机技术改造

一、概述

南湾水电站建于1955年，原装有4×1360kW水轮发电机组，采用PO-K-3-BM-126型水轮机配TS-252／30-20型发电机。由于机组老化，1992年对3#、4#机组进行了增容改造，单机增至1600kW，采用HL260-LJ-126型水轮机配SF1600-20／2600型发电机。由于受HL260转轮特性的限制，改造后在中、低水头段下机组不能满出力，1999年又对电站进行大规模的水轮机增容改造。

二、电站运行存在的主要问题

1．实际应用水头

南湾水库兴利水位102．6m，电站正常尾水位76．3m，统计多年发电期间加权平均水位100．5m，平均毛水头为24．2m，引水管道流量在37m³／s时，测试与计算的水头损失为4．19m，电站多年平均加权净水头为20m，而3#、4#水轮机设计水头为21．2m，因此，造成机组在平均水头下不能满出力。

2．水轮机实际效率低

由260-LJ-126型水轮机综合特性曲线可知，该水轮机最高模型效率84．3％，要达增容到1600kW需要效率修正 4．2％，由于加工粗糙，加工水平低，考虑到尺寸效应、异型部件、工艺水平等，修正 4．2％是不易达到的，见图1。

3．水轮机过流能力差

HL260型水轮机，设计单位流量大，为1．35m³／s，但已超出5％出力限制线。实际运行中，机组过流量达不到设计要求，20m水头时过流量仅9．1m³／s，机组长期在低负荷区运行，水能得不到充分利用，直接影响电站的经济效益和机组的安全运行。

三、水轮机的改造选型

针对存在的问题，提出水轮机增容改造的基本要求：引水设施不能改动；保留原发电机SF1600-20／2600，只更换水轮机转轮；改造后的机组，通过增大机组过流量，确保20m净水头下出力达1600kW。通过对多个优秀转轮机性能比较分析最终确定使用HL275-LJ-260水轮机，见表1。

从表1对比分析可得出以下结论：

由于电站原SF1600-20／2600发电机及发电引水管道、尾水管等不动，新机组同步转速已固定为300r／min，转轮直径也只能是1．26m，由此机组水轮机单位转速确定为84．5r／min，而表1中只有HL275型转轮单位转速与此更接近；

确保出力1600kW要求，只有HL275能满足机组出力要求；

HL275转轮单位流量增大，转轮过流能力增强，且转轮效率较高。

四、HL275-LJ-126型水轮机参数

HL275-LJ-126型水轮机参数，详见表2。

五、原予埋件与新机组的配合

水轮机技改增容是一个复杂的系统工作。新转轮的应用，要考虑原水轮机的结构参数、流量、流道形状及结构尺寸对其实际运行效率和过流能力产生影响。由于原机组的埋入部分即蜗壳、尾水管均为PO-K-3-BM-126型，电站采用HL275型水轮机时，除予埋部分不换外，可拆除部分整体更新，尽可能保证HL275转轮的性能不受影响。

图1HL260-25转轮综合特性曲线图

表1水轮机性能对照表

表2HL275-LJ-126型水轮机参数

经对蜗壳部各断面计算，其过流面积满足HL275水轮机要求。

电站原座环固定导叶高483mm，改造后导叶高450mm，与原设计不符，更改方法是更换固定导叶，增加底环厚度33mm，相应在座环底部加33mm垫板，同时对座环蝶边进行处理，更换固定导叶，为保证改造后真机与模型机完全相似达到改造目标，导叶数及固定叶数按中型机组设计方法来设计，固定导叶数取24个。

电站原机组为直锥型尾水管，尾水管进门为1310mm，小于改造后的H275转轮下环出口直径，改造时将原尾水管上锥口去掉500mm变为圆管，增加进门直径至1424mm，使之与HL275相匹配，见图2。

图2主要流道改变尺寸图

六、效益分析

改造完毕后，分别进行了单机效率与电站效率对比测试及各种水头下电机、多机满负荷试验，其结果见表3。

表3水轮机出力对照表

由表3数据可看出，改造后的发电机组在中、低水头段与原机组比较平均增容250kW以上，机组效率提高6％，若按电站年平均利用小时2800h及上网电价0．251元／kW·h计算，每年增创25万元左右，每台水轮机改造投入资金50万元，这样两年即可收回投资，经济效益突出。

七、结束语

中小型水电站的增容改造是复杂工程，每个电站都有不同的情况。笔者的经验和体会足：认真、扎实做好技改的基础性工作；多方征集技改方案，并进行科学筛选、论证，选择最适合电站的机型；技改工程要分期实施，在取得代表性试验改造工作后，方可实施后期的大规模改造；“科学技术是第一生产力”，大胆运用已成熟的新技术、新材料，力争增容、技改效益最优化。

来源：中国水能及电气化