劉小平

湖南澧縣艷洲水利水電工程管理局

艷洲水電站增效擴容改造工程的初步思路

劉小平

湖南澧縣艷洲水利水電工程管理局

以機組增容為主的改造工程符合艷洲水電站的實際情況,也符合國家大政方針,可為艷洲水電站帶來明顯的經(jīng)濟效益,是一種投資省、見效快的有效方法。

前 言

艷洲水電站位于湖南澧水尾端，距澧縣縣城5公里，是澧水水電梯級開發(fā)的最末一級電站。電站以發(fā)電為主，兼顧航運、公路交通和灌溉。電站大壩以上控制流域面積15955平方公里，占澧水流域總面積的83.9%，多年平均流量495m3/s，正常蓄水位42.00米。電站裝機（1x2500+9x3000）kw。屬于低水頭河床式徑流電站。電站設計多年平均發(fā)電量1.0901億kwh，保證出力6700kw，年利用小時3695h。艷洲水電站工程于上世紀九十年代初建設完成。

1 增容改造工程的可行性和必要性

近年來，澧水上游陸續(xù)修建了幾座大型水利工程，極大提高了澧水的調(diào)蓄和防洪能力，使作為澧水最末一級電站的艷洲水電站經(jīng)常會出現(xiàn)大量棄水的情況。機組從93年運行到現(xiàn)在已經(jīng)近二十年，因當初的設計與現(xiàn)在的實際運行工況已有了很大差距，因此具備了進一步提高電站發(fā)電能力的現(xiàn)實和技術條件。

首先，由于近幾年大電網(wǎng)對地方電網(wǎng)實行峰、谷電價和峰電超計劃加價政策，讓電網(wǎng)中調(diào)節(jié)性能較好的電站實行頂峰發(fā)電，多發(fā)峰電，少發(fā)谷電，將會顯著提高地方網(wǎng)的負荷率和經(jīng)濟效益。

其次，發(fā)電機組運行十多年后，發(fā)電機定子繞組的絕緣老化比較嚴重，這包括：a)熱老化(因溫升而老化)；b)機械老化(因熱循環(huán)產(chǎn)生交變應力而老化)；c)電氣老化(因過電壓而老化)；d)環(huán)境老化(因吸濕、污損而老化)。在這些因素的綜合作用下，絕緣老化會進一步加劇甚至造成定子繞組主絕緣擊穿。

再次，電站原有的機電主設備和附屬設備都普遍存在嚴重磨損、銹蝕、老化的情況，效率下降明顯，且部分設備已被淘汰，故障率高，且備品備件已難以組織，運行維護成本越來越高。

因此，為了提高電站機電設備運行的可靠性和經(jīng)濟性，提高電站的自動化程度，從而提高電站的整體效率，對電站機組和機電設備進行增效擴容改造已是十分必要。

2 增效擴容改造工程的基本內(nèi)容

對于此次機電設備增效擴容改造工程的基本內(nèi)容應從下面幾個方面進行考慮：

1） 本次改造應在盡量保持原水工建筑物不變的前提下進行。但要對澧水流域的水文資料、氣象狀況及上游新建水利工程的資料等進行全面的收集和復核；

2）改造的內(nèi)容應以機電設備更新改造為重點，并對影響電站工程安全、發(fā)電、河道生態(tài)環(huán)境的水工設施、建筑物及金屬結(jié)構等進行必要的改造，消除已經(jīng)出現(xiàn)的各種工程隱患。

3）在不改變引水系統(tǒng)及水輪機轉(zhuǎn)輪直徑的前提下，應優(yōu)先選用能量指標先進、空蝕特性優(yōu)良、運行穩(wěn)定性好，并有改造成功實例的水輪機轉(zhuǎn)輪。全部機組的水輪機選型應考慮軸流轉(zhuǎn)漿式，且各機組應選用同一型號產(chǎn)品。改造后單機額定引用流量約為60.3m3/s左右,加權平均水頭約7.2m，最低水頭不超過4m。

4）發(fā)電機的改造應與水輪機相匹配，機組的整體設計出力應考慮增容10%以上。機座、上、下機架不動，更換定子鐵芯及線圈，絕緣等級可采用F級?？紤]到機組增容，推力軸瓦負荷增加，擬將原推力瓦改造為彈性金屬塑料瓦。徑向瓦負荷增加不多，可考慮不更換。

5）勵磁系統(tǒng)應滿足機組自動化要求，可考慮采用自并勵可控硅全控雙橋整流勵磁系統(tǒng)，微機勵磁調(diào)節(jié)器。勵磁系統(tǒng)應滿足發(fā)電、同期等各種工況的要求，并具有與計算機監(jiān)控系統(tǒng)通信的接口。勵磁系統(tǒng)結(jié)構應相對簡單，勵磁控制方式應先進，運行維護應方便，能提供今后進一步更新改造的空間。

6）加裝配置全套機組自動化元件，應能滿足計算機監(jiān)控系統(tǒng)的需要。

7）調(diào)速器及油壓裝置應更新改造，采用微機控制的調(diào)速器，以提高調(diào)速器自動化程度，便于與計算機監(jiān)控系統(tǒng)相配合。

8）對油、氣、水等公用輔助設備系統(tǒng)也應作相應的改造，增加相應的自動化元件，以便與計算機監(jiān)控系統(tǒng)相配套。

9）對電站的電氣設備布置大體上保持原設計不變，只做較小的必要的修改。電站主接線根據(jù)現(xiàn)場實際，在保持原有主接線不發(fā)生太大變化的情況下，遵循安全可靠、技術可行且經(jīng)濟合理的原則，進行合理的設計和篩選。根據(jù)電站提供的電力系統(tǒng)資料和機組的技術參數(shù)以及電氣主接線圖，對各間隔進行精確計算，根據(jù)計算結(jié)果和主接線圖，選擇符合設計要求的主變壓器、斷路器、高壓配電設備等電氣設備。

10）電氣二次部分的改造按照“無人值班，少人值守”的運行管理模式設計，結(jié)合工程的實際情況和水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，應考慮采用全計算機監(jiān)控系統(tǒng)，微機自動準同期和手動準同期，采用可控硅全控整流勵磁系統(tǒng)微機勵磁調(diào)節(jié)器，微機型調(diào)節(jié)器。根據(jù)計算書設定合理的電氣參數(shù)選擇合適的微機型繼電保護和安全自動裝置。

除此之外，對施工組織，工程概算，投資計劃和資金籌措都應進行考慮，拿出相應的計劃書和實施方案。

3 計算原則與方法

徑流調(diào)節(jié)計算采用《日（徑流式）調(diào)節(jié)計算程序》。

艷洲水電站壩址控制集水面積15955平方公里，多年平均流量495m3/s。艷洲水庫正常蓄水位以下庫容0.57億m3，但調(diào)節(jié)能力有限，洪水期為徑流式運行，枯水期進行有限調(diào)節(jié)。對考慮到漁潭、江埡、皂市三庫采用長系列逐日平均流量進行操作，系列為1953年1月～1997年12月共45年。

根據(jù)選定的水庫正常蓄水位、死水位、電站裝機容量等基本參數(shù)，制定出水庫的運行方式，對長系列水文資料進行水能操作計算，確定電站的水頭特性指標，最大水頭約為8.9m，最小水頭4m，加權平均水頭7.2m。考慮水輪機為改造項目，為充分利用原有設備，設計水頭仍采用6.6m。

本次改造按原流道最大過水流量不變，主要以提高效率為主要手段。改造后裝機技術經(jīng)濟指標計算成果見下表：

從上表中看出：現(xiàn)有裝機29500kw，多年平均發(fā)電量為10901萬kwh，改造后裝機容量增大，年發(fā)電量增大到13181萬kwh，電量增加了2280萬kwh，年利用小時從3695小時升至3994小時。效益增加較大。

4 結(jié)語

艷洲水電站增效擴容改造完成之后，其裝機容量將達到33000kw，多年平均發(fā)電量將超過1.3億kw.h，直接經(jīng)濟效益十分明顯，且對生態(tài)環(huán)境、社會效益等產(chǎn)生積極有益的影響，是一項多贏的福民工程。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.19.017

水電站；增效擴容；改造工程；水輪機；經(jīng)濟效益；計算機；控制