李超峰，李忠平

(新村電力有限責(zé)任公司，四川 樂山 610004)

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新村電站水輪發(fā)電機(jī)組增容改造

李超峰，李忠平

(新村電力有限責(zé)任公司，四川 樂山 610004)

1 電站概況

新村電站地處四川省樂山市境內(nèi)，是大渡河支流小河流域最下游一級(jí)電站，國營性質(zhì)，始建于1987年底，于1990年3月建成發(fā)電，為單一的發(fā)電工程，共安裝2臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量2×3 200 kW。電站采用底欄柵壩取水，屬無調(diào)節(jié)引水式高水頭電站，設(shè)計(jì)引用流量5.0 m3/s，設(shè)計(jì)水頭171.6 m，主要建筑物有底欄柵壩、取水樞紐、無壓引水隧洞、溢流堰、前池、壓力鋼管、主副廠房等。主要機(jī)電設(shè)備有2臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，其中水輪機(jī)型號(hào)HL100—WJ—84，發(fā)電機(jī)型號(hào)SFW3200—6/1730；2臺(tái)調(diào)速器，型號(hào)YT—1000；2臺(tái)主變壓器，型號(hào)S7—5000/35。

2 增容改造必要性

電站自1990年3月建成發(fā)電至1998年，年發(fā)電量一直在3 500 ～3 800萬kW·h之內(nèi)波動(dòng)；統(tǒng)計(jì)1991—1998年的發(fā)電情況，年平均發(fā)電為3 666萬kW·h，平均年利用小時(shí)為5 728 h，與設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量3 648萬kW·h相差無幾。而從1999年起，隨著國家退耕還林、還草等宏觀政策的實(shí)施，電站集雨面積內(nèi)土壤保水能力增強(qiáng)了，水質(zhì)、水量也發(fā)生了明顯改善，年發(fā)電量有了較大變化。統(tǒng)計(jì)1999—2008年的發(fā)電情況發(fā)現(xiàn)最低也達(dá)到3 800萬kW·h，其他年份集中在4 000萬kW·h左右；年平均電量為3 900萬kW·h，平均年利用小時(shí)為6 093 h，遠(yuǎn)高于目前水電裝機(jī)平均利用小時(shí)數(shù)4 500 h。即便如此，實(shí)際運(yùn)行過程中，在豐水期甚至有時(shí)在平水期都有一定量的棄水；據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，時(shí)間長達(dá)四五個(gè)月。由于受限于發(fā)電機(jī)組的容量，集雨面積內(nèi)的水能資源未能得到應(yīng)有的充分利用；并且，隨著地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電能的需求也與日俱增，這兩個(gè)先決要素的存在，使電站具備了增容改造的基本條件。

3 增容改造可行性方案論證

考慮電站為無調(diào)節(jié)電站，在系統(tǒng)中擔(dān)任基荷，所占比重較小，結(jié)合新設(shè)計(jì)電站年利用小時(shí)參數(shù)4 500 h, 增容后的裝機(jī)總?cè)萘坷眯r(shí)可在4 000～5 000 h之間選擇。按1999—2008年的平均電量為3 900萬kW·h倒推計(jì)算，即增容后裝機(jī)總?cè)萘吭?7 800～9 750 kW之間取值；也就是說：實(shí)際增容應(yīng)該控制在1 400～3 350 kW之內(nèi)。

3.1 流量實(shí)測與復(fù)核

電站為已建電站，且投產(chǎn)多年，其水工建筑物均按2×3 200 kW規(guī)模設(shè)計(jì)，增容改造前應(yīng)對(duì)取水樞紐、引水隧洞、溢流堰、前池、壓力鋼管的過水能力進(jìn)行復(fù)核。經(jīng)實(shí)測，取水口通過底欄柵進(jìn)入沉沙池的流量為6.43 m3/s，相應(yīng)過水?dāng)嗝鏋?.85 m×1.7 m(寬×高)，沉沙池溢流口溢流0.35 m3/s，則進(jìn)入引水隧洞流量為6.08 m3/s，過水?dāng)嗝鏋?.85 m×2.0 m(寬×高)，溢流堰溢出流量為0.4 m3/s，發(fā)電機(jī)組冷卻取水0.18 m3/s。即：測流時(shí)實(shí)際發(fā)電流量為5.2 m3/s，實(shí)際出力為2臺(tái)略超發(fā)(2×3 300 kW)，與設(shè)計(jì)流量出力基本對(duì)應(yīng)，此時(shí)棄水流量達(dá)0.85 m3/s。根據(jù)實(shí)測流量資料及引水系統(tǒng)竣工圖，在滿足相關(guān)規(guī)范要求的前提下，經(jīng)流量復(fù)核計(jì)算，通過對(duì)引水系統(tǒng)中沉沙池溢流口、無壓引水隧洞、溢流堰等局部控制性地段進(jìn)行加高0.15 m處理后，引水系統(tǒng)最大過流能力可以達(dá)到6.8 m3/s。根據(jù)動(dòng)能計(jì)算，在此流量下最大裝機(jī)能達(dá)到8 900 kW，此為本次增容改造方案論證的上限。

3.2 擬定方案

在3.1的基礎(chǔ)上，根據(jù)電站與原廠家(重慶水輪機(jī)廠)的咨詢結(jié)果，電站單機(jī)增容至4 000 kW(即增容2×4 000 kW)以內(nèi)的規(guī)模，可以通過對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組自身的改造達(dá)到增容的目的，且不會(huì)對(duì)廠房建筑結(jié)構(gòu)造成大的變動(dòng)，也不會(huì)對(duì)改造后的水輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，同時(shí)也不需要更換主變壓器。如單機(jī)增容至 4 000 kW 以上，且仍通過對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組自身的改造達(dá)到增容的目的，由于吸出高程變化較大，應(yīng)對(duì)廠房基礎(chǔ)做出相應(yīng)的變動(dòng)，并且必須更換2臺(tái)大容量的主變。通過上述分析，增容后的總裝機(jī)規(guī)模擬定為：8 000、8 400、8 900 kW 3個(gè)容量等級(jí)。即：

方案1：2×4 000 kW=8 000 kW

方案2：2×3 200 kW+1×2 000 kW=8 400 kW

方案3：2×3 200 kW+1×2 500 kW=8 900 kW

3.3 綜合比較

方案1發(fā)電引用流量6.11 m/s，現(xiàn)引水系統(tǒng)沉沙池溢流口、溢流堰均需加高0.15 m,本方案除對(duì)發(fā)電機(jī)線圈及水輪機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的改造外，同時(shí)因調(diào)速器調(diào)速功不能滿足增容后的要求，僅再需更換調(diào)速器就可以完成增容改造，總投資可以控制在130萬元以內(nèi)。方案2、3發(fā)電引用流量分別是6.45、6.89 m3/s，現(xiàn)引水系統(tǒng)沉沙池溢流口、溢流堰均需加高0.25 m和0.35 m；若原機(jī)增容至8 400 kW或8 900 kW，由于吸出高程變化較大，將會(huì)對(duì)現(xiàn)廠房基礎(chǔ)造成較大的變動(dòng)，改造后的水輪機(jī)效率也有相應(yīng)的降低，同時(shí)必須更換2臺(tái)大容量主變，投資大、效果差。如果采用新增壓力管道及新建廠房，新購發(fā)、變、送1臺(tái)配套機(jī)組，因場地原因，需搬遷農(nóng)戶2家?？偼顿Y方案2超出方案1共158.5萬元，方案3超出方案1共198.5萬元，并且方案3的引用流量(6.89 m3/s)已略微超出改造后引水系統(tǒng)最大過流能力(6.8 m3/s)；即方案3發(fā)電取用流量難以保證，且投資高。因此方案3在上述條件下與方案1、2比較，投資效率明顯低于前2個(gè)方案。方案1、2比較，方案2超出方案1共158.5萬元，而容量僅比方案1增加400 kW，同時(shí)現(xiàn)場布置廠房位置緊張，新增機(jī)組報(bào)批、制造、設(shè)備安裝、土建工期及農(nóng)戶搬遷等不可控因素較多，周期較長；而方案1具有簡單易實(shí)現(xiàn)、投資相對(duì)最小、改造工期短并且受控、動(dòng)能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最好等特點(diǎn)。

通過上述分析，增容改造論證設(shè)計(jì)以方案1為推薦方案。

4 增容改造實(shí)施

(1)定子。將原2×4.75 mm銅線圈更換為2.24×5 mm銅線圈；將原B級(jí)絕緣升級(jí)為F級(jí)；然后更換相應(yīng)的槽楔、墊條等附件和材料。

(2)轉(zhuǎn)子。將原3.15×25 mm銅線圈更換為3.15×28 mm銅線圈并增加3.15×40 mm散熱匝；原B級(jí)絕緣升級(jí)為F級(jí)。

(3)空氣冷卻器。保持安裝尺寸不變，將原繞簧式更換為片式空氣冷卻器。

(4)水輪機(jī)。將現(xiàn)HL100—WJ—84轉(zhuǎn)輪更換為HLJF1057B—WL—84，材質(zhì)為0Cr13Ni4M；更換導(dǎo)葉搖臂將導(dǎo)葉開口由65 mm增大至75 mm。

(5)調(diào)速器。將現(xiàn)YT1000型更換為BWT—1800型。

(6)引水系統(tǒng)。沉沙池溢流口及溢流堰頂高程加高0.15 m，隧洞未拱頂部分加高0.3 m。

此次發(fā)電機(jī)組增容改造計(jì)劃時(shí)間6個(gè)月，定、轉(zhuǎn)子線圈、轉(zhuǎn)輪等生產(chǎn)周期4個(gè)月，現(xiàn)場工作2個(gè)月，引水系統(tǒng)加高工程現(xiàn)場工作部分同步進(jìn)行，即沉沙池溢流口、溢流堰頂高程、隧洞未拱頂部分安排在枯水期12～1月份之間進(jìn)行，時(shí)間1個(gè)月。

5 效果對(duì)比

根據(jù)計(jì)劃，2臺(tái)發(fā)電機(jī)組分別于2009年底和2010年初完成增容改造。綜合改造后4 a的運(yùn)行情況分析，達(dá)到預(yù)期目的，最高負(fù)荷2號(hào)機(jī)可以達(dá)到4 200 kW，1號(hào)機(jī)達(dá)到4 000 kW。2臺(tái)機(jī)組水力性能、機(jī)械性能均符合要求，長期運(yùn)行穩(wěn)定，振動(dòng)、噪音、溫升均在正常范圍(見表1)。

表1 改造前4 a及改造后4 a的年發(fā)電量 萬kW·h

對(duì)比改造前后的多年年發(fā)電量可以看出，改造以后的年發(fā)電量比改造前年發(fā)電量年增加約8%，平均年增發(fā)電量為335.7萬kW·h，按年平均電價(jià)0.22元/kW·h計(jì)算可增加電費(fèi)收入約為73.8萬元，改造獲得圓滿成功。

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責(zé)任編輯 吳 昊

2014-11-12

李超峰(1969-)，男，工程師，主要從事水電站生產(chǎn)與運(yùn)行管理等工作。E_mail：xdgslcf@163.com