红旗山水电站水力机械设计主要特点

红旗山水电站水力机械设计主要特点ThedesigncharacteristicsofHydro-machineryinhongqishanHydropowerstation黄顺权（中国华电集团福建华安水力发电厂福建华安363800）关键词：低水头；大流量；混流式水轮机；红旗山水电站摘要：红旗山水电站水头低，引用流量大，压力引水隧洞长7126m。为保障机组及工程安全，红旗山水电站慎重选择了水轮机参数，并进行了水力过渡过程仿真计算，缩小了调压室直径，降低了工程施工难度。1、工程概况华安电厂扩建工程—福建红旗山电站位于华安县城境内的九龙江北溪干流上的河段上，为一座引水式的中型水电站，坝址控制流域面积6900Km2，多年平均流量215m3/s，多年平均年径流量67.84亿m3。厂址位于坝址下游约20Km的北溪干流河段，挡水坝利用华安电站现有的拦河闸坝，正常蓄水位94.0m，水库总库容为1000万m3，水库具有日调节性能；电站装机容量为80WM，最大引用流量为167m3/s，计划装机2台混流水轮发电机组，单机容量40MW，多年平均发电量26230万KW.h；电站最大水头64m，最小水头43.8m，额定水头54.5m；枢纽工程建筑物由引水系统、发电厂房、及开关站等主要建筑物组成；引水系统进水口采用岸塔式结构，布置在华安电站拦河坝上2Km处的左岸边,引水支洞布置在左岸，引水支洞长233m；（洞线总长7126m）主洞长6893m，隧洞开挖洞径10.5m，园型断面，衬砌后内径为9.0m；调压室布置在厂房后边坡约100m处，位于地面高程120～145m之间；压力管道主管长147.21m；厂址位于华安电厂下游约最大水头64.00加权平均水头58.15额定水头54.50最小水头43.80装机容量80MW2．2水轮机机型及其主要参数2．2．1水轮机机型选择红旗山水电站是引水式电站，厂房为地面式，根据水轮机工作水头范围43.80～64.00m2．2．2机组台数比较本电站装机容量80MW，电站建成后电力送入福建省电网。根据电站水头及装机容量，本电站机组台数拟选择2～3台。本阶段对安装2台机和3台机方案进行了技术经济比较。装机台数比较详见表6-1从表6-1-1数据可知，由于2台机方案机组投资、主要水机、电气、金结设备投资总和比3台机方案节省425万元，厂房土建投资2台机方案比3台机方案节省510万元。2台机方案机电设备、厂房土建总投资比3台机方案节省935万。而3台机方案年电能仅比2台机方案多210万kW.h。投资差额与电能差额比为4.452元/由于本电站总装机容量较大，在电网中起调峰作用，2台机方装机台数比较表表6-方案参数2×40MW3×26.67MW装机容量（MW）8080.01装机台数（台）23单机容量（MW）4026.67水轮机型式转轮直径（m）3.082.52最大水头（m）6464加权平均水头（m）58.1558.15额定水头（m）54.554.5最小水头（m）43.843.8额定出力（MW）41.2427.46额定流量（m3/s）83.1255.34额定转速（r/min）200250额定点比转速（m.kW）274.28279.77吸出高度（导叶中心，m）+0.45+0.45安装高程（m）30.3530.00尾水管底板高程（m）21.13722.462单台机组价格（含主阀、调速器、励磁）（万元）24801761桥机价格（万元）350250主要辅机、电气、金结投资总价（万元）19742175主要机电设备总价（万元）72847709机电可比投资差价（万元）0+425厂房土建可比投资差价（万元）0+510总投资差价（万元）0+935年电能差（万kW·h）0+210为，水轮机参数的选择，应以较高指标及参数，同时兼顾安全、可靠和稳定性好为原则。比转速是水轮机的一个重要综合指标，水轮机转轮的选择实质上就是比转速的选择，在一定的水头范围内，比转速的提高将会得到较好的经济效益，但也会受到水轮机空蚀、磨损、强度以及振动、运行稳定性等因素的限制。比转速应在安全、可靠和稳定性好的前提下，尽量取较大的比转速。表6-1-2列举了与本电站相似的近期已建及在建的电站使用的水轮机机型及其主要性能参数。从表6-1-2中可看出，白沙及池潭水电站参数与本电站较接近，随着年代的向前推进，科技水平的提高，水轮机转轮研制水平也在不断提高，水轮机转轮比转速采用或推荐值在不断提高。与本电站较相似的池潭水电站转轮比转速在1980年时为227.3m参考以上与本电站较相近的水电站水轮机的比转速及比速系数，本着安全、可靠和稳定性好的原则，综合本电站水头、容量等特征参数，推荐本电站水轮机采用的比速系数在2000～2100范围，比转速值为270.9m.kW～284.5根据本电站的工作水头范围及其机组容量，可选用的适合本电站水头段的转轮较多，其中性能较好，使用较成熟的转轮模型主要技术参数详见表6-1-3。表6-1参数电站名称水轮机机型水头Hmax/Hr/Hmin（m）nQNtD1比转速ns(m*kW)比速系数k投产时间(r/min)(m3/s)(MW)(m)龚嘴HL220-LJ-55055.3/48/39.788.22411035.5224.015521971华安HL211-LJ-22555.3/47.2/40.3214.338.515.752.25217.41493.61979池潭HL220-LJ-38066.5/51/33.9136.411451.63.8227.31623.21980岩滩HLA286a-LJ-80069.2/59.4/3775585302.58250.119281992五强溪HLA551-LJ-83060.9/44.5/36.2468.186272488.3295.41970.61994山美(扩建)HLTF15-LJ-31560/44/36166.777.430.873.15258.51714.71996白沙HLX75e-LJ-28565.58/55/47.99214.371.1362.85271.52013.5在建模型转轮主要参数比较表表6-1转轮模型号使用水头（m）导叶相对高度B/D最优工况限制工况单位飞逸转速n1p（r/min）n10′（r/min）Q10′(L/s)ηmax（%）δmQ1max′（L/s）η（%）δmns（m·kW）A600.30480.2107593.5135089.30.161275.6148.9B750.3157395093.02130088.50.15245146C750.31580108091.70.12127086.60.151263157.4D750.31577.5100592.70.09118588.60.113248.6142.5E1000.2879108092.70.12125089.50.145261150.5F7581105593.480.07126090.50.085267150.5从表6-1-3可知，由于转轮A技术参数均较好，但其使用水头低于本电站水头；转轮B转轮D转轮C效率最低，因此这4个转轮均不宜选用。转轮E、F各项技术参数均能满足要求，可供选用。由于转轮F各项技术参数均优于转轮E，且水轮机型号及其主要参数如下额定水头：5额定流量：83.12m3额定转速：200r/min飞逸转速：391r/min额定点效率：92.8%最高效率：94.5%额定出力：41.24MW额定点比转速:274.28m.吸出高度（至导叶中心）：+0.45旋转方向：俯视顺时针装机台数：2台2．2．4水轮机吸出高度和安装高程水轮发电机组的安装高程由两个条件决定：其一满足水轮机空蚀的要求，其二要满足尾水管出口的淹没深度≥0.5m的要求，经过计算本电站水轮机的吸出高度并考虑运行安全，初步取吸出高度（至导叶中心）+0.45m，并按相应下游水位为28.40m（一台机发45%尾水位）确定安装高程为28.85m2．2．5蜗壳与尾水管蜗壳：金属蜗壳，包角345°。尾水管：弯肘管型。红旗山水电站水头低，引用流量大，压力引水隧洞长7126m,两台机组共用调压室,水力边界条件复杂.过度过程计算应进行各种恶劣组合工况的叠加分析计算,确保调压室的最高涌浪在安全范围内,精确计算最大机组转速上升率、最大蜗壳水锤压力值及最大尾水管进口真空度，确保工程安全，同时尽可能优化边界条件设计，节省调压室工程投资及施工难度。3、结束语红旗山水电站水头低，引用流量大，引水隧洞长，工程设计和施工均有一定的难度，设计单位采用了大量的国内外先进技术，在安全、科学的前提下勇于创新，保证了工程安全、经济，为电站工程顺利进行打下了坚实的基础，为我国低水头、长引水隧洞水电站设计谱写了新的篇章，也可为国内水电开发建设提供参考和借鉴。红旗山水电站水力机械设计主要特点（注意：标题原来为红旗山电站改为：红旗山水电站）ThedesigncharacteristicsofHydro-machineryinhongqishanHydropowerstation作者简介：黄顺权（1972-），男，福建华安人，华电福建华安水力发电厂助理工程师，主要从事水轮发