龜石水力發電站水輪發電機組改造技術探析

　　【摘要】本文以廣西賀州市龜石水力發電站水輪發電機組為研究對象，研究水輪發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】水輪發電機組改造;CFD流體分析;ANSYS有限元分析

　　賀州市龜石水力發電站以發電、防洪為主，電站所發電量全部送入當地電網或桂東電網，除滿足賀州市各縣、區用電外，同時在電網系統中起補償調節作用。龜石水力發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。

　　水電論文范例：水利水電工程建設對生態環境產生的影響分析

　　1工程概況

　　賀州市龜石水力發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日龜石水力發電工程開始興建，1964年4月17日發電站開始正式投入發電運行。

　　五十多年來灌區安全供水150多億m3，為地方經濟建設和發展做出了巨大貢獻。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，電站公共安全及穩定發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。本次龜石水力發電站增效擴容改造工程對水輪發電機組進行改造升級，以提高水能資源利用率[2]。

　　龜石水力發電站改造前裝機容量為4×3000kW，歷年實際平均發電量5077.8萬kW·h，改造后裝機容量提高到4×3600kW，設計年發電量可達5931萬kWh，年增加發電量為853.2萬kW·h，設計增效17%。根據電站2016年發電量統計結果，2016年電站實際發電量達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，提高了電站的發電效益。龜石水力發電站增效擴容改造后，電站機電設備運行的穩定性、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電能力[3]，同時對緩解賀州市供電緊張、推進賀州市各縣、區的經濟建設、促進地方經濟發展起到一定的作用。

　　2水輪發電機組技術改造

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

　　3水輪發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，滿足了機組安全穩定運行的要求，使水力發電站更加可靠、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.水電站水輪發電機組設備技術升級改造[J].科學技術創新,2020(31):154-155.

　　[4]劉瑜,黃光總,陳炳森,等.青獅潭水電站水輪發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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