簡介： 根據(jù)三斗水庫電站水輪機組為高水頭、小容量的特點，結(jié)合溪屯溪水電站群在建甌市電力系統(tǒng)中為輔助調(diào)頻電站的情況，走訪主要水輪組設(shè)備制造廠，在機組訂貨和施工設(shè)計時就采取相應(yīng)改進措施。投運后，達到設(shè)計要求，機組運行狀況良好，經(jīng)濟效益可觀。
關(guān)鍵字：小型水電站 水輪組 小型水輪機 高水頭水輪機 水輪機選型 經(jīng)濟效益
１工程簡況
三斗水庫為建甌市溪屯溪流域水電資源開發(fā)規(guī)劃的龍頭水庫，總庫容５３０萬ｍ３，興利庫容４３７萬ｍ３，為年調(diào)節(jié)水庫。電站壓力引水隧洞長２１６０ｍ，明敷壓力鋼管長４３８ｍ，最高水頭２００．４３ｍ，設(shè)計水頭１７４．７ｍ，最低發(fā)電水頭１５２．９ｍ，設(shè)計流量１．８４ｍ３／ｓ，裝機容量２×１２５０ｋＷ。多年平均發(fā)電量８２７．５８萬ｋＷ·ｈ，Ｐ＝７５％保證出力６９０ｋＷ，設(shè)備年利用小時３３１０ｈ，水庫及電站概算總投資２０３７萬元。
三斗水庫電站及赤坑水電站（裝機２０００ｋＷ）為溪屯溪規(guī)劃開發(fā)的第一期工程，１９８６年１２月動工，赤坑電站于１９９８年５月竣工發(fā)電，三斗電站于１９９９年９月開始試運行。
２水輪組的選型設(shè)計
三斗水庫電站設(shè)計水頭１７４．７ｍ，單機容量１２５０ｋＷ，為高水頭、小容量水輪組，查“中小型反擊式水輪機使用范圍綜合圖”，本電站水輪機選擇在沖擊式水輪機范圍。沖擊式水輪機具有構(gòu)造簡單、出力變化時對機組效率影響較小等優(yōu)點，特別是其折向器的作用對調(diào)保有利，可節(jié)省調(diào)壓井等水工建筑物的造價，但其轉(zhuǎn)速低，機組體積大；混流式水輪機則其轉(zhuǎn)速高，機組體積小，且運轉(zhuǎn)可靠效率較高，并有適應(yīng)水頭范圍寬的優(yōu)勢，還可利用尾水管回收能量，減少廠房開挖工程，但在低負載時機組效率降低較多。經(jīng)機型選擇計算，初選了ＣＪＡ２３７－Ｗ－１２５／１４．５水輪機，配套ＳＦＷ１２５０－１４／１７３０和ＨＬＤ５４－ＷＪ－５５水輪機，配套ＳＦＷ１２５０－４／１１７０兩種機型。
走訪閩、浙、贛三省主要水輪設(shè)備制造廠，廠家表示兩種機型均可生產(chǎn)供貨，對高轉(zhuǎn)速機組的運行都有所擔(dān)心，推薦本站采用沖擊式機組。初步報價兩種機型的水輪機和主設(shè)備價格相差懸殊，沖擊式１套１４１．２萬元，混流式１套只７０萬元。初設(shè)中經(jīng)兩種機型的輔助設(shè)備配套和水工建筑物不同方案的投資對比，在造價上選用混流式機組仍可節(jié)省８４．２萬元；此外選用ＨＬＤ５４－ＷＪ－５５水輪機在本站的水力條件下，運行區(qū)域很理想，溪屯溪水電站群在建甌市電力系統(tǒng)中為輔助調(diào)頻電站，對有水庫調(diào)節(jié)的更應(yīng)發(fā)揮頂峰作用，一般時間在較高出力區(qū)運行，既使水庫水位變化，機組也運行在較高效率區(qū)內(nèi)，為此初設(shè)推薦選用ＨＬＤ５４－ＷＪ－５５配ＳＦＷ１２５０－４／１１７０水輪組。
３小轉(zhuǎn)輪高轉(zhuǎn)速混流式水輪組的運
行問題和改進措施選用混流式水輪組，其額定轉(zhuǎn)速達到１５００ｒ／ｍｉｎ，其運行狀況是我們最為關(guān)注的問題，據(jù)設(shè)備生產(chǎn)廠家介紹，當(dāng)時浙、贛兩省尚沒有相近規(guī)模高水頭小轉(zhuǎn)輪高轉(zhuǎn)速的水電站，僅福建水力發(fā)電設(shè)備廠制造安裝在龍巖大片溪水電站（Ｈ＝１７７．７ｍ，ＨＬＤ５４－ＷＪ－６０，ＳＦＷ１６００－４／１１７０）和漳平嶺兜水電站（Ｈ＝１８０ｍ，ＨＬＡ１７９－ＷＪ－６０，ＳＦＷ１６００－４／１１７０）有４臺機組水力條件和裝機規(guī)模相近，機組額定轉(zhuǎn)速為１５００ｒ／ｍｉｎ，并已建成發(fā)電。
經(jīng)現(xiàn)場考察，兩站４臺機組均已投產(chǎn)１年以上，運行中主要問題為：機組轉(zhuǎn)速高、噪音大，軸承溫度偏高（推力軸承６３℃，導(dǎo)軸承５５℃），軸承潤滑油為油泵供油外循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，設(shè)置了重力油箱、回油箱、油泵及冷卻水池等設(shè)施，不僅增加投資加大運行維護工作量，而且供油或供水系統(tǒng)發(fā)生故障時易發(fā)生燒瓦事故或被迫停機維修而影響正常發(fā)電。
在機組訂貨和施工設(shè)計時，經(jīng)與福建水力發(fā)電設(shè)備廠設(shè)計、生產(chǎn)、經(jīng)營有關(guān)人員多次協(xié)商探討，擬定了幾項改進措施：
１）推力軸承采用尼龍軸瓦，改進導(dǎo)軸承底瓦冷卻裝置降低軸承溫度，同時潤滑油改為自供內(nèi)循環(huán)，取消油泵供油外循環(huán)冷卻系統(tǒng)。不僅簡化供油供水系統(tǒng)，節(jié)省投資節(jié)約廠用電，而且減輕運行人員的維修工作量，關(guān)鍵是減少了燒瓦事故和停電損失。
２）技術(shù)供水采用頂蓋取水，改變初步設(shè)計時的水泵供水方案，施工設(shè)計時技術(shù)供水系統(tǒng)改為以頂蓋取水為主，水泵供水為備用的設(shè)計方案，并在供水總管設(shè)置壓力控制器和排水電磁閥等元件，電氣自動化回路設(shè)計中增加了供水壓力過高（超０．３５ＭＰａ）時自動排水降壓，過低時（０．２ＭＰａ）自動開啟供水泵增加供水壓力和水量。
３）采用空冷器密閉循環(huán)空氣冷卻，并采取其他措施降低機組噪音。在改進措施逐項落實后才簽署訂貨合同，付諸工程實施。
４試運行效果及經(jīng)濟效益
三斗水庫電站在大壩、引水系統(tǒng)、廠房土建工程進行預(yù)驗收后，開始進行蝸殼充水、機組啟動、帶負荷、甩負荷等試驗，并經(jīng)７２ｈ試運行。由于有關(guān)單位的重視、配合和安裝隊的精湛工藝，機組試車基本上一次成功。當(dāng)時大壩砌筑尚未達設(shè)計高程，水庫水位７５４．００ｍ，電站毛水頭１６７．６ｍ，導(dǎo)水葉開度７６％時出力即達到１２５０ｋＷ，其頂蓋取水的供水壓力、水量，各部溫度以及甩１００％負荷的壓力、轉(zhuǎn)速上升率均能符合設(shè)計和運行條件的要求。
１）技術(shù)供水由頂蓋取水是成功的三斗水庫電站為高水頭小轉(zhuǎn)輪臥式混流式水輪機，Ｄ１＝５５ｃｍ，采用頂蓋取水附近省份尚無先例，可能是采用頂蓋取水作為技術(shù)供水最小的轉(zhuǎn)輪。按設(shè)備制造廠的技術(shù)資料，技術(shù)供水的壓力０．１ＭＰａ～０．２ＭＰａ，每臺機空冷器需水量３４ｍ３／ｈ，推力軸承７ｍ３／ｈ，加２個導(dǎo)軸承總需水量約５５ｍ３／ｈ；試運行時測得機組空載時供水總管壓力０．２１ＭＰａ～０．２７ＭＰａ，供水量６１ｍ３／ｈ，滿載時供水壓力０．３ＭＰａ，供水量７３ｍ３／ｈ（經(jīng)各分支閥門調(diào)節(jié)控制進入冷卻器水壓為０．１３ＭＰａ～０．１５ＭＰａ），隨著大壩的繼續(xù)砌筑和水庫水位的升高，頂蓋取水的壓力和水量還將加大，可滿足機組自空載至滿載時技術(shù)供水的需要。
２）取消軸承潤滑油由油泵供油外循環(huán)冷卻的供油系統(tǒng)是可行的２臺機組在７２ｈ試運行中，以電阻法測得推力軸承溫度為４８℃～５０℃，導(dǎo)軸承為３２℃～３８℃，定子溫度在７０℃左右（１號機最高點為８７．５℃），均符合設(shè)備制造技術(shù)文件和規(guī)范規(guī)定長期安全運行的要求。
３）機組運行穩(wěn)定、噪音明顯降低機組安裝各部間隙、擺度達到規(guī)范的優(yōu)良水平，在甩１００％負荷時測量推力軸承最大振幅０．０１ｍｍ，垂直振幅０．００５ｍｍ～０．０１５ｍｍ，聯(lián)軸器擺度０．２０ｍｍ～０．２５ｍｍ，機組運行穩(wěn)定。三斗電站為壓力管跨河布置的半封閉防洪廠房，靠河邊一側(cè)主廠房大部分又被爆破膜室所遮蓋，噪音擴散條件較差，一般廠內(nèi)噪音較大，試運行時廠房噪音與同類型中低轉(zhuǎn)速機組的廠房相近，廠內(nèi)運行條件尚可。
三斗水庫電站選用ＨＬＤ５４－ＷＪ－５５配ＳＦＷ１２５０－４／１１７０水輪組，運行狀況良好，其經(jīng)濟效益也是可觀的。
１）機組及配套設(shè)備加上水工建筑等因素，混流式比沖擊式節(jié)省建設(shè)投資８４．２萬元。
２）在三斗的水力和運行條件下，混流式機組的運行效率比沖擊式機組高３％，年可多發(fā)電２４．８萬ｋＷ·ｈ，尾水管回收能量多利用水頭每年可多發(fā)電８．６４萬ｋＷ·ｈ，每年可增加售電收入１７萬元；按同樣設(shè)備年利用小時計，相當(dāng)于多裝機１００ｋＷ。
３）頂蓋取水和取消軸承潤滑油由油泵供油外循環(huán)冷卻系統(tǒng)，不僅節(jié)省了設(shè)備和土建投資，每年可節(jié)約廠用電１４萬ｋＷ·ｈ，每年可增加售電收入７萬元。
４）三斗水庫電站選用混流式水輪組試運行后，其運行狀況良好，而且有較好的經(jīng)濟效益，為今后高水頭、小容量的水輪組選型設(shè)計擴大選型范圍提供了很好的經(jīng)驗。
