龟石水力发电站水轮发电机组改造技术探析

　　【摘要】本文以广西贺州市龟石水力发电站水轮发电机组为研究对象，研究水轮发电机组改造中采用的CFD流体分析技术和ANSYS有限元分析技术。本次水轮发电机组改造技术方案，有效提高水能资源综合利用率，提升水电站的经济效益和社会效益。

　　【关键词】水轮发电机组改造;CFD流体分析;ANSYS有限元分析

　　贺州市龟石水力发电站以发电、防洪为主，电站所发电量全部送入当地电网或桂东电网，除满足贺州市各县、区用电外，同时在电网系统中起补偿调节作用。龟石水力发电站为贺江梯级电站之一，供电范围主要是贺州市电网，目前是贺州市钟山县电网的第一大电源。

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　　1工程概况

　　贺州市龟石水力发电站位于珠江流域富江中上游，钟山县龟石村境内与富川县交界处，东经111°，北纬24°30′，电站距钟山县16km，距离贺州市56km，为龟石水库坝后式电站[1]。1959年10月1日龟石水力发电工程开始兴建，1964年4月17日发电站开始正式投入发电运行。

　　五十多年来灌区安全供水150多亿m3，为地方经济建设和发展做出了巨大贡献。然而经过五十多年的日常运行，电站大部分设备设施属超期服役，严重地危及到电站的安全运行。发电机定子线圈、转子线圈绝缘等已严重老化，前期进行水轮机改造后，发电机容量与水轮机出力已不匹配，使电站在水量充沛时不能充分利用水资源多发电;机电设备已经陈旧落后，多数为已淘汰产品、性能明显下降、操作维护困难，设备故障率逐年上升，电站公共安全及稳定发供电等受到较大的影响。根据国家有关政策，贺州市龟石水力发电站符合农村水电增效扩容改造项目要求，列入改造范围。本次龟石水力发电站增效扩容改造工程对水轮发电机组进行改造升级，以提高水能资源利用率[2]。

　　龟石水力发电站改造前装机容量为4×3000kW，历年实际平均发电量5077.8万kW·h，改造后装机容量提高到4×3600kW，设计年发电量可达5931万kWh，年增加发电量为853.2万kW·h，设计增效17%。根据电站2016年发电量统计结果，2016年电站实际发电量达6876.48万kW·h，2016年增效35.4%，达到了充分利用水能资源的目的，提高了电站的发电效益。龟石水力发电站增效扩容改造后，电站机电设备运行的稳定性、设备技术性能均得到有效改善，机组出力潜力增强，设备损耗有效降低，设备故障停机率明显减少，有效提高了水电站的发电能力[3]，同时对缓解贺州市供电紧张、推进贺州市各县、区的经济建设、促进地方经济发展起到一定的作用。

　　2水轮发电机组技术改造

　　贺州市龟石水力发电站水轮发电机组改造后采用4台JF3156-LJ-134型立轴式水轮机，配4套SF4000-22/3250型发电机组[4]。

　　3水轮发电机组改造关键技术

　　3.1CFD流体分析技术

　　采用先进的计算机仿真技术设计，水轮发电机组所有零部件均进行计算，用3D模拟技术进行设计和仿真调整，保证零部件真机的装配质量[5]。对更新改造的水轮机组蜗壳、转轮叶片、转轮及尾水管采用CFD分析，确保真机能达到机组改造设计要求。

　　3.2ANSYS有限元分析技术

　　对水轮发电机组机械零件加工和安装采用模块化有限元计算[6]。ANSYS有限元计算部件采用标准结构，模块化二次开发有限元计算程序，计算时无须再建模及设定边界条件，大大提高计算效率，在较短的时间里，挑选最佳方案，确保电机特别是转子各点力在规定的允许范围内，既提高了机械零件的安全性，又能通过有限元计算及优化设计控制各部件的变形(如载重机架下沉，定子机座刚度、导轴承支架刚度等)，为机组安全运行提供了保证。

　　4结论

　　贺州市龟石水力发电站增效扩容改造工程中采用CFD流体分析技术和ANSYS模块化有限元分析技术，提升了水轮机组出力和效率，满足了机组安全稳定运行的要求，使水力发电站更加可靠、高效运行。

　　参考文献

　　[1]麻山红,张红.龟石水电站3~#发电机励磁改造技术分析[J].广西水利水电,2017(3):55-57.

　　[2]张红,麻山红.龟石水库电站增效扩容改造若干技术分析[J].广西水利水电,2016(4):80-83.

　　[3]马意德.水电站水轮发电机组设备技术升级改造[J].科学技术创新,2020(31):154-155.

　　[4]刘瑜,黄光总,陈炳森,等.青狮潭水电站水轮发电机组增效扩容改造[J].装备制造技术,2020(3):204-206.

　　[5]朱成凯.基于CFD的水轮机全流道水力振源特性分析[J].水利科技与经济,2019,25(6):55-58.

　　[6]李效革,张士昂,周学均.基于ANSYS的混流式水轮机故障的处理[J].机械设计,2019,36(S1):227-232.

　　作者：冯静1，刘昌林2

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