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        峽山水電站機(jī)組改造方案比選

        2012-08-15 00:42:15譚林照岳永起郭紹春
        山東水利 2012年8期
        關(guān)鍵詞:調(diào)速器轉(zhuǎn)輪水輪機(jī)

        譚林照,岳永起 ,郭紹春

        (1.濰坊市峽山水庫(kù)管理局,山東 濰坊 261325;2.山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院,山東 濟(jì)南 250013)

        峽山水電站位于峽山水庫(kù)主壩北首,水能開(kāi)發(fā)形式屬梯極開(kāi)發(fā)。一級(jí)水電站為河床式,1960年12月建成,安裝2臺(tái)650 kW和1臺(tái)500 kW水輪發(fā)電機(jī)組;二級(jí)水電站為明渠引水式,1970年12月建成,安裝4臺(tái)200 kW和1臺(tái)75 kW水輪發(fā)電機(jī)組,1994年增建1臺(tái)650 kW水輪發(fā)電機(jī)組。兩電站總裝機(jī)容量3 325 kW,設(shè)計(jì)年發(fā)電量750萬(wàn)kW·h,年平均發(fā)電量450.5萬(wàn)kW·h。2008年最高發(fā)電量達(dá)1 084萬(wàn)kW·h。工程投產(chǎn)運(yùn)行至今,實(shí)現(xiàn)發(fā)電量1.9億kW·h,為促進(jìn)當(dāng)?shù)貛?kù)區(qū)發(fā)展,發(fā)揮了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

        1 水電站存在的問(wèn)題

        峽山水電站建于上世紀(jì)60、70年代,發(fā)電機(jī)效率低,絕緣等級(jí)低,老化嚴(yán)重。水輪機(jī)性能落后,經(jīng)多年運(yùn)行,水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪空蝕、銹蝕嚴(yán)重,雖幾經(jīng)修補(bǔ)處理,空蝕情況難以消除,導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組效率低、振動(dòng)大、出力少,效益得不到有效發(fā)揮。且設(shè)備已超過(guò)報(bào)廢年限,生產(chǎn)運(yùn)行存在較大安全隱患。變壓器型號(hào)為SJL鋁芯油浸自冷式,損耗高;3.15 kV高壓配電裝置為GG-1A型高壓柜,無(wú)防護(hù)措施,柜內(nèi)使用SN10-630少油斷路器,多數(shù)電氣一、二次設(shè)備已列為國(guó)家公布的淘汰產(chǎn)品目錄,經(jīng)多年運(yùn)行,故障頻發(fā),維修零部件無(wú)處購(gòu)置。

        2 原水電站機(jī)組裝機(jī)情況

        一級(jí)水電站設(shè)計(jì)流量42 m3/s,設(shè)計(jì)水頭6.5 m,最高水頭8.9 m。原裝機(jī)3臺(tái)ZD510-LH-180型水輪機(jī),配套2臺(tái)650 kW和1臺(tái)500 kW的TS284/19-32型同步發(fā)電機(jī),額定轉(zhuǎn)速187.5 r/min,額定電壓3 150 V,自并激勵(lì)磁方式,調(diào)速器采用XT—1 000。

        二級(jí)水電站設(shè)計(jì)流量42 m3/s,設(shè)計(jì)水頭4.5 m,最高水頭5.0 m,最低水頭2.0 m。原裝機(jī)4臺(tái)ZD760-LM-120型水輪機(jī),配套4臺(tái)200 kW的TS173/17-24型同步發(fā)電機(jī),額定轉(zhuǎn)速250 r/min,額定電壓400 V,自并激(它勵(lì))勵(lì)磁方式,電動(dòng)渦輪蝸桿調(diào)速器。為與一級(jí)水電站流量匹配,后續(xù)另裝75 kW和650 kW水輪發(fā)電機(jī)組各1臺(tái)。

        3 改造方案

        3.1 一級(jí)水電站機(jī)組改造

        3.1.1 方案一:更換水輪機(jī)

        將原有3臺(tái)水輪機(jī)更換為ZDJP502-LH-180型新水輪機(jī),葉片采用0Cr13Ni4Mo不銹鋼材質(zhì),轉(zhuǎn)輪直徑1 800 mm;原發(fā)電機(jī)更換為SF750-32/2840型發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)額定容量750 kW;勵(lì)磁方式改為可控硅勵(lì)磁;調(diào)速器改為YWT-1 000-G型組合式微機(jī)調(diào)速器,全部采用PLC控制,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制,具有安全保護(hù)功能,其高壓油系統(tǒng)能同時(shí)滿(mǎn)足停機(jī)剎車(chē)要求。改造后電站裝機(jī)3×750 kW,發(fā)電流量41.73 m3/s。機(jī)電設(shè)備投資342萬(wàn)元。優(yōu)缺點(diǎn)是:整機(jī)更換,機(jī)組容量擴(kuò)大,機(jī)組效率高,性能好;投資大。

        葉輪直徑同原機(jī)組,機(jī)組外殼部位土建作相應(yīng)改動(dòng)。

        3.1.2 方案二:更新機(jī)組轉(zhuǎn)輪

        將原水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪更換為ZDJP502-LH-180型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪,葉片采用0Cr13Ni4Mo不銹鋼材質(zhì);按SF750-32/2840型發(fā)電機(jī)更換原發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈,發(fā)電機(jī)額定容量750 kW;勵(lì)磁方式改為可控硅勵(lì)磁;調(diào)速器改為YWT-1000-G型組合式微機(jī)調(diào)速器調(diào)。電站裝機(jī)3×750 kW,總發(fā)電流量41.73 m3/s。機(jī)電設(shè)備投資117萬(wàn)元。優(yōu)缺點(diǎn)是:主要部件更換,機(jī)組容量擴(kuò)大;效率和性能相對(duì)差一點(diǎn);投資較省。機(jī)組外殼等不動(dòng),土建不改動(dòng)。

        3.1.3 方案比選

        從兩個(gè)方案分析比較可知,方案二亦能達(dá)到增效擴(kuò)容目的,雖然機(jī)組效率和性能相比方案一差一點(diǎn),但機(jī)電設(shè)備投資節(jié)省225萬(wàn)元,根據(jù)電站目前實(shí)際情況,為節(jié)省投資,經(jīng)綜合比較,選用方案二更換水輪機(jī)葉輪和發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈方案。

        3.2 二級(jí)水電站機(jī)組改造

        3.2.1 方案一:更換水輪機(jī)

        將原有4臺(tái)ZD760-LM-120型水輪機(jī)更換為ZDT03-LM-120型水輪機(jī),葉片采用0Cr13Ni4Mo不銹鋼材質(zhì);原200 kW發(fā)電機(jī)更換為SF250-24型發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)額定容量250 kW;勵(lì)磁方式改為可控硅勵(lì)磁;調(diào)速器改為YWT-600-G型微機(jī)控制調(diào)速器。原1臺(tái)ZD760-LM-80型水輪機(jī)更換為ZDT03-LM-80型水輪機(jī),原75kW發(fā)電機(jī)更換為SF100-8型發(fā)電機(jī),額定容量100 kW。機(jī)電設(shè)備投資169萬(wàn)元。優(yōu)缺點(diǎn)是:整機(jī)更換,機(jī)組容量擴(kuò)大,機(jī)組效率高、性能好;投資較大。明流式水輪機(jī)更換方便,葉輪直徑同原機(jī)組,土建改動(dòng)少。

        3.2.2 方案二:更換水輪機(jī)葉輪

        將原有4臺(tái)水輪機(jī)葉輪更換為ZDT03-LM-120型水輪機(jī)葉輪,葉片采用0Cr13Ni4Mo不銹鋼材質(zhì);用SF250-24型發(fā)電機(jī)更換原發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈,發(fā)電機(jī)額定容量250 kW;勵(lì)磁方式改為可控硅勵(lì)磁;調(diào)速器改為YWT-600-G。將原ZD760-LM-80型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪更換為ZDT03-LM-80型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪,用SF100-8型發(fā)電機(jī)更換原發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈,額定容量100 kW。機(jī)電設(shè)備投資99萬(wàn)元。優(yōu)缺點(diǎn)是:主要部件更換,機(jī)組容量擴(kuò)大;原設(shè)備質(zhì)量差,改造困難,機(jī)組性能差;投資較省。葉輪直徑同原機(jī)組,水輪機(jī)葉輪更換方便,土建不動(dòng)。

        3.2.3 方案比選

        從兩方案分析比較可知,方案二雖也能達(dá)到增效擴(kuò)容目的,但因原設(shè)備制造質(zhì)量差,已達(dá)報(bào)廢程度,改造困難,改造后效果差;方案一僅比方案二投資多70萬(wàn)元,但整機(jī)更換后,不但達(dá)到擴(kuò)容目的,而且機(jī)組效率高、性能好,使用壽命長(zhǎng),本站為明流機(jī)組,更換新機(jī)組極為方便。綜合比較,選用方案一整機(jī)更換方案。

        4 實(shí)踐及效果

        2005年3~6月,對(duì)一級(jí)水電站2#機(jī)組進(jìn)行了增效擴(kuò)容改造試驗(yàn),具體試驗(yàn)方案為:

        4.1 水輪機(jī)更新改造

        選用ZDJP502-LH-180型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪,采用不銹鋼材料,設(shè)計(jì)水頭6.5 m,設(shè)計(jì)流量13.91 m3/s時(shí),水輪機(jī)出力達(dá)807 kW。為配合轉(zhuǎn)輪的更新,主軸法蘭作了同鏜加工。

        4.2 發(fā)電機(jī)更新改造

        按SF750-32/2840型發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn),更換了原發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈,將轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線(xiàn)圈匝數(shù)由原來(lái)的29.5匝改為32.5匝,發(fā)電機(jī)絕緣等級(jí)改為F級(jí),解決了老化、發(fā)熱等不安全隱患。

        4.3 勵(lì)磁系統(tǒng)更新改造

        將原來(lái)的自并激勵(lì)磁方式改為JL-12可控硅勵(lì)磁方式。

        4.4 改造效果

        對(duì)改造后的2#水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了各種工況的運(yùn)行試驗(yàn),在不增加機(jī)組流量的前提下,發(fā)電機(jī)出力由原來(lái)的650 kW提高到了750 kW,機(jī)組的各部溫升、振動(dòng)均滿(mǎn)足要求,對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行檢查,沒(méi)發(fā)現(xiàn)空蝕和裂紋現(xiàn)象,改造后機(jī)組效率提高明顯,該機(jī)組當(dāng)年增加發(fā)電量67萬(wàn)kW·h。

        5 結(jié)語(yǔ)

        峽山水電站機(jī)組改造后,總裝機(jī)容量將由原來(lái)的3 325 kW增加至4 000 kW,裝機(jī)容量增加20.3%;機(jī)組效率由原來(lái)的64%左右增加到83%左右,平均年增發(fā)電量160萬(wàn)kW·h,增幅22.3%。水電站改造后社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益將十分顯著。

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