龜石水力發(fā)電站水輪發(fā)電機組改造技術探析

　　【摘要】本文以廣西賀州市龜石水力發(fā)電站水輪發(fā)電機組為研究對象，研究水輪發(fā)電機組改造中采用的CFD流體分析技術和ANSYS有限元分析技術。本次水輪發(fā)電機組改造技術方案，有效提高水能資源綜合利用率，提升水電站的經濟效益和社會效益。

　　【關鍵詞】水輪發(fā)電機組改造;CFD流體分析;ANSYS有限元分析

　　賀州市龜石水力發(fā)電站以發(fā)電、防洪為主，電站所發(fā)電量全部送入當地電網或桂東電網，除滿足賀州市各縣、區(qū)用電外，同時在電網系統(tǒng)中起補償調節(jié)作用。龜石水力發(fā)電站為賀江梯級電站之一，供電范圍主要是賀州市電網，目前是賀州市鐘山縣電網的第一大電源。

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　　1工程概況

　　賀州市龜石水力發(fā)電站位于珠江流域富江中上游，鐘山縣龜石村境內與富川縣交界處，東經111°，北緯24°30′，電站距鐘山縣16km，距離賀州市56km，為龜石水庫壩后式電站[1]。1959年10月1日龜石水力發(fā)電工程開始興建，1964年4月17日發(fā)電站開始正式投入發(fā)電運行。

　　五十多年來灌區(qū)安全供水150多億m3，為地方經濟建設和發(fā)展做出了巨大貢獻。然而經過五十多年的日常運行，電站大部分設備設施屬超期服役，嚴重地危及到電站的安全運行。發(fā)電機定子線圈、轉子線圈絕緣等已嚴重老化，前期進行水輪機改造后，發(fā)電機容量與水輪機出力已不匹配，使電站在水量充沛時不能充分利用水資源多發(fā)電;機電設備已經陳舊落后，多數為已淘汰產品、性能明顯下降、操作維護困難，設備故障率逐年上升，電站公共安全及穩(wěn)定發(fā)供電等受到較大的影響。根據國家有關政策，賀州市龜石水力發(fā)電站符合農村水電增效擴容改造項目要求，列入改造范圍。本次龜石水力發(fā)電站增效擴容改造工程對水輪發(fā)電機組進行改造升級，以提高水能資源利用率[2]。

　　龜石水力發(fā)電站改造前裝機容量為4×3000kW，歷年實際平均發(fā)電量5077.8萬kW·h，改造后裝機容量提高到4×3600kW，設計年發(fā)電量可達5931萬kWh，年增加發(fā)電量為853.2萬kW·h，設計增效17%。根據電站2016年發(fā)電量統(tǒng)計結果，2016年電站實際發(fā)電量達6876.48萬kW·h，2016年增效35.4%，達到了充分利用水能資源的目的，提高了電站的發(fā)電效益。龜石水力發(fā)電站增效擴容改造后，電站機電設備運行的穩(wěn)定性、設備技術性能均得到有效改善，機組出力潛力增強，設備損耗有效降低，設備故障停機率明顯減少，有效提高了水電站的發(fā)電能力[3]，同時對緩解賀州市供電緊張、推進賀州市各縣、區(qū)的經濟建設、促進地方經濟發(fā)展起到一定的作用。

　　2水輪發(fā)電機組技術改造

　　賀州市龜石水力發(fā)電站水輪發(fā)電機組改造后采用4臺JF3156-LJ-134型立軸式水輪機，配4套SF4000-22/3250型發(fā)電機組[4]。

　　3水輪發(fā)電機組改造關鍵技術

　　3.1CFD流體分析技術

　　采用先進的計算機仿真技術設計，水輪發(fā)電機組所有零部件均進行計算，用3D模擬技術進行設計和仿真調整，保證零部件真機的裝配質量[5]。對更新改造的水輪機組蝸殼、轉輪葉片、轉輪及尾水管采用CFD分析，確保真機能達到機組改造設計要求。

　　3.2ANSYS有限元分析技術

　　對水輪發(fā)電機組機械零件加工和安裝采用模塊化有限元計算[6]。ANSYS有限元計算部件采用標準結構，模塊化二次開發(fā)有限元計算程序，計算時無須再建模及設定邊界條件，大大提高計算效率，在較短的時間里，挑選最佳方案，確保電機特別是轉子各點力在規(guī)定的允許范圍內，既提高了機械零件的安全性，又能通過有限元計算及優(yōu)化設計控制各部件的變形(如載重機架下沉，定子機座剛度、導軸承支架剛度等)，為機組安全運行提供了保證。

　　4結論

　　賀州市龜石水力發(fā)電站增效擴容改造工程中采用CFD流體分析技術和ANSYS模塊化有限元分析技術，提升了水輪機組出力和效率，滿足了機組安全穩(wěn)定運行的要求，使水力發(fā)電站更加可靠、高效運行。

　　參考文獻

　　[1]麻山紅,張紅.龜石水電站3~#發(fā)電機勵磁改造技術分析[J].廣西水利水電,2017(3):55-57.

　　[2]張紅,麻山紅.龜石水庫電站增效擴容改造若干技術分析[J].廣西水利水電,2016(4):80-83.

　　[3]馬意德.水電站水輪發(fā)電機組設備技術升級改造[J].科學技術創(chuàng)新,2020(31):154-155.

　　[4]劉瑜,黃光總,陳炳森,等.青獅潭水電站水輪發(fā)電機組增效擴容改造[J].裝備制造技術,2020(3):204-206.

　　[5]朱成凱.基于CFD的水輪機全流道水力振源特性分析[J].水利科技與經濟,2019,25(6):55-58.

　　[6]李效革,張士昂,周學均.基于ANSYS的混流式水輪機故障的處理[J].機械設計,2019,36(S1):227-232.

　　作者：馮靜1，劉昌林2

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