新疆兵团第二师38团石门水库坝后水电站双转轮水轮发电机组

【摘 要】38团石门坝后水电站水源主要来自冰川融雪，该电站作为无电地区直供电的基荷电站，需要最大程度的发挥水能电力的优势，为灌区农林牧提供电力能源。电站汛期与枯水期水头与流量出现不同周期变化且变幅较大，为充分利用水能资源进行，考虑采用国内较为普遍的双转轮方案配合大小机组进行选型。采用卧式机组，运行上更易更换转轮，具有很强的便利性。

【关键词】双转轮 多泥沙 流量变幅大 水头变幅大

拟建水源工程由石门水库和平原沉沙调节池扩建工程组成，石门水库位于莫勒切河出山口。新疆地区河流多为内流河，以冰雪融水补给为主（额尔齐斯河除外），径流季节变化大，夏季出现汛期，河流由上游到下游水量逐渐减少；流域面积小；冬春季河水封冻，大部分冬季有断流现象；途径地区沙化严重，河水含沙量大。莫勒切河发源于昆仑山阿孜塔格冰川，上游由考克木然代牙、吉格代库勒、色日克库勒萨依、西日芒来代牙等十数条支流汇流而成。流域山体高大、陡峻。上游河谷宽达300～500m，卵石河床，两岸为基岩；从河源至出山口河长79km，纵坡1/50～1/80；源流区平均高程4259m，最高点四岔雪峰海拔6748m，河流出山口高程约2300m。河流出山后向北流约20km处分为东西两支，西支流向民丰，东支流向硝尔堂。

1 水库基本参数

①上游水库校核洪水位：2397.41 m；②上游水库设计洪水位：2395.25 m；③上游水库正常蓄水位：2394 m；④上游水库死水位：2365 m；⑤厂房处下游正常尾水位（3台机组满发）：2319.55 m（m3/s）；⑥厂房处下游最低尾水位（小机组满发）：2317.9 m（m3/s）；⑦电站最大毛水头：76.02 m；⑧电站最小毛水头：45.45 m。

2 水轮机工作参数

①最大水头：75.67m；②最小水头：42.7 m；③汛期加权平均水头：45.8 m；④非汛期加权平均水头：64.8 m；⑤汛期额定水头：44.6 m；⑥非汛期额定水头：55.8 m；⑦电站设计引用流量：21.6 m3/s。

针对石门电站的多年平均流量、水头及出力分布情况，特别是考虑到11月～来年4月电站多年平均出力均接近1600 kW这一特点，确定两大一小的机组布置（2×3200kW+1×1600 kW）。根据水头流量特点，选择混流卧式机组。

针对电站汛期与枯水期水头与流量变幅大的特点，大、小水轮机均采用配双转轮方案，即在43～55.8m水头范围，大、小水轮机均配汛期转轮；而在55.8～76m水头范围，大、小水轮机均配枯水期转轮。大、小水轮机枯水期与汛期只有转轮与尾水锥管不同，其它部分均相同。

3 选型计算

（1）水轮机功率计算：

（2）转速的计算：

（3）转轮直径计算：

Pr：水轮机额定功率，Pr= Pf/ηf；

Pf：发电机额定功率；

ηf： 发电机效率；

ηr： 水轮机效率；

中小型：0.95～0.96

大中型：0.96～0.98；

Q11r： 水轮机额定工况单位流量；

Hr： 水轮机的额定水头；

n110： 模型最优单位转速；

n11： 水头对应单位转速；

（4）方案分析：1）大机水轮机汛期转轮方案：①转轮型号：JF2538-WJ-122（参考数科院转轮模型）；②额定转速：428.6r/min。2）大机水轮机枯水期转轮方案：①转轮型号：JF2523A-WJ-122（参考数科院转轮模型）；②额定转速：428.6r/min。3）小机水轮机汛期转轮方案：①转轮型号：JF1812-WJ-90（参考数科院转轮模型）；②额定转速：600r/min。4）小机水轮机枯水期转轮方案：①转轮型号：JF1809-WJ-90（参考数科院转轮模型）；②额定转速：600r/min。四种转轮模型额定工况及高水头工况下相关参数，如表1所示。

注：以上转轮模型均为参考，涉及版权不提供模型曲线。

4 探讨结论

通过对双转轮水轮发电机组的应用，可以看出在应对流量及水头变幅均较大时，可以采取这种运行方式进行有效的利用。卧式机组因其布置形式的特点，在采取双转轮运行时，对机组的拆卸更换更加便利，而往往类似38团石门子水库坝后电站这种受汛期非汛期影响流量水头较大的电站其装机容量较小，从投资回报以及运行维护上考虑，更适合卧式机组。作为基荷电站，力求发电效益最大化，在投资条件允许且有一定必要性的情况下，双转轮运用能更好的为电站发电带来更好的投资回报，甚至在一定条件下可以取代大小机组配合的传统模式，更节省土建施工投资。