水电站水轮机改造必要性及技术措施

水电站水轮机改造必要性及技术措施

梁博

扶绥广能电力开发有限公司，广西崇左市扶绥县，532103

摘要：随着能源需求的增长与环保的重视度不断增加，水电站作为清洁能源的主要构成部分，其运行效率与设备更新显得尤为重要。水轮机是水电站的主要部件，该性能直接影响着电站发电效率。不过，由于水轮机运行超负荷比较严重，导致磨损也更加严重，还有这技术滞后等问题，不仅降低了发电效率，还会导致安全隐患。所以，进行水轮机改造是提高水电站综合性能的必要举措，本文将结合水电站水轮机运行现状，积极探讨水轮机改造的必要性，并提出有关的技术措施，以期为水电站可持续发展提供参考。

关键词：水电站；水轮机；改造必要性；技术措施

引言

目前，国内水电站通过长时间的运行，各中小型机械调速器已然无法顺利运行，而且长时间手动操控，不能自动调节。而水轮机作为水电站的主要设备之一，其可以把水流的动能变成机械能，同时带动发电机转子，经过发电机转化成电能，由此看来，水轮机在水电站占有重要的地位。但是，当前水轮机运行现状并不容乐观，所以，需要改造水电站水轮机技术，从而提升水电站水轮机运行的效率。据此，下面就针对水电站水轮机改造的必要性及其技术措施展开了全面分析，以供类似工程进行参考和借鉴。

一、水轮机运行现状

（一）主要存在的问题

1.机组有着振动、噪音、稳定性不佳等问题，与此同时还有水流撞击声，为了确保运行安全，水电站限制机组于导叶开度为95%以内运行，这个时候低水头水能没有充分使用，导致电能浪费。

2.水电站机组负荷最大值是24.5到25.5MW，较少达到26MW，水电站负荷大多数是在18到23.5MW以内，发电机容量没有得到充分使用，发电量减小。

（二）机组缺陷

1.水轮机发电机组的转轮室在运行过程中都发生过扫膛、汽蚀现象。

2.转子支架产生裂纹。在2015年，1号转子支架发生了1处裂缝，使用临时补焊措施进行有效处理。在2021年检修过程中了解到，1号机转子支臂辐板板材存在着多处比较显著的裂纹，接着对2、3号进行检查发现了相同的问题，都使用了焊接加固方式处理。

（三）振动、噪音

首先，就以噪音方面而言，有关水轮机发电机技术条件要求距离发电机通道出口1m的位置的噪音需要控制在85dB（A）以内，但是，按照当前的水电站情况而言，其噪音检测均超出了85dB。其次，针对振动方面来说，水电站通过对3号机组实施振动试验，最终结果表明，机组水导轴承、轮转室振动均很大，其负荷为26MW时，水导-X向振动为269μm，而轮转室为794μm，已经处于规范要求以外了。在2018年，相关科研院对水电站机组通过振动区试验发现，水导轴承振动超标严重。

二、水轮机改造的必要性

（一）增加有效容量，提升调峰和竞争力

对水轮机实施技术改造，可以有效增加水电站的有效容量，提高水电站调峰能力，有益于水电站于电网腰荷、峰荷处工作，以此提升供电质量和供电效率增强水电站市场竞争力。而且，改造水轮机可以大大缓解电网调峰容量的紧张情况，改善电网运行条件，减少低谷调峰弃水电量，增加电网经济效益。

（二）确保安全运行

按照水电站振动试验和机组维护情况而言，水轮机振动超出标准，为水电站安全稳定的运行带来了安全方面的隐患，比如设备疲劳受损，随着运行时间持续增加，会造成零部件焊缝位置出现断裂；减少设备使用年限；加剧磨损程度；水轮机和水电站可能出现共振同时危及到设备和水电站的安全。故而，要挑选高性能，且可以充分适应现下水力条件运行的水轮机，合理优化改造水轮机，确保水电站可以安全运行。

（三）合理利用水能资源

对水电站水轮机实施技术改造，可以大大降低煤炭消耗量，从而有效缓解水电站供需矛盾。合理利用水能资源，促使水电优势资源得到进一步开发，和国家与地方能源发展战略相符。水电站水轮机技术改造可以增强水电站的水量利用系数，科学使用汛期水量发电。使用2008年至2022年的水轮机运行资源加以计算，可以了解到水电站平均每年有大概两个月弃水，水量利用系数较低，要想增加水量利用率，缩减弃水天数，必须要做好水轮机技术改造工作，以此提高水轮机过流能力，提升水轮机效率和机组出力。

三、水轮机改造技术措施

水轮机的稳定性以及效率对水电站的经济效益与发电质量有很大的影响。所以，需要积极改造水轮机技术，以此可以提升水利效率与效益，这是水电站亟需做的事情。故而，需要从各个方面着手，有效提高水轮机技术水平。

（一）参数选择

水轮机改造需要包含多种参数，常见的就是额定转速及水头、单机容量和转轮直径等，所以水轮机改造方案需要合理选择参数。水轮机原机组的额定转速较大，不过因为发电机不改造，所以需要保持额定转速每分钟100r。要确保在低水头为26MW的出力，需要提升水轮机过流能力和效率。现下新研发的模型转轮效率提高，不过因为流道不同，总体效率提升受限。所以，需要提升水轮机过流能力，最合适的路径就是增加转轮直径和挑选过流能力大的转轮。原本的转轮直径较小，是5.6m，如此就需要增加道5.8m，不过因为受现下的结构所限，转轮直径增加困难，所以应增加至5.65、5.7、5.8m范围以内，难度较大，详细需要增加至多少需要由厂家决定。而且，要提高经济效益，额定水头需要控制在加权平均水头以内，同时额定水头低，水头保证率就会更大，产生的效益就会更大。

（二）原流道、导水机构

原本的导水机构图纸最大转角是74°，相应的导叶行程是909mm左右，而轮转额定点对应的导叶开度是68°，这一点的导叶开度和现下的转轮相吻合，可以满足过流要求，最大开度是74°，有大概9%的富裕转角开度，不过因为转轮直径有所增加，流量随之而变大，原流道尤其是导水机构过流能力能不能满足改造以后的过机流量，接力器行程是不是要递增等，需要邀请厂家做好CFD分析，同时提出相应的意见或者是建议。

（三）方案和部件改造

增加转轮直径往往会被目前的流道和机组结构所限。机组进出水侧混凝土流道不会出现变化，机组没有和混凝土接触的部件都能够进行改造，比如定子、导水机构、转轮等。要想削减改造工作量，降低投入，就不改造发电机部件，这个时候转轮直径需要从5.6提高到5.65至5.7m，可以增加多少，必须要厂家仔细研究，明确合适的转轮直径。眼下的条件和技术需要尽量增加转轮直径。要想确保水力条件有所改善，提升机组效率，需要及时更换导水机构。此次改造方案主要是把转轮室、导水机构、转轮等进行替换，同时将主轴进行返厂加工处理。

结束语：

综上所述，水电站水轮机改造优化生积可以提高水电站运行效率，确保电力供应安全性，实现可持续发展。通过对水轮机进行技术改造，可以提高发电效率，减少投入成本，降低环境污染。然而，改造方面还需要思考技术可行性、经济效益等各种因素，使用科学合理的技术方案。未来，随着新技术、新材料的不断发展，水轮机改造将会越来越高效、绿色环保，为水电站的长远发展奠定坚实的基础。

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