艾 亮，傅守權(quán)

(柴河水庫管理局，遼寧 鐵嶺 112000)

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柴河電站2號(hào)機(jī)組增效改造方案及效果分析

艾 亮，傅守權(quán)

(柴河水庫管理局，遼寧 鐵嶺 112000)

水力資源不僅是重要的可再生能源和清潔能源，而且具有防洪灌溉、生態(tài)涵養(yǎng)等多重功能。通過合理制定實(shí)施增效擴(kuò)容改造方案，可實(shí)現(xiàn)有效利用水資源，消除安全隱患，提高發(fā)電效益，保護(hù)環(huán)境等目的。對(duì)柴河電站2號(hào)機(jī)組改造方案及效果進(jìn)行分析，并對(duì)水輪機(jī)選型、電站綜合自動(dòng)化改造、附屬設(shè)施改造等進(jìn)行了探討。表3個(gè)。

水電站；增效改造；方案；分析

1 電站概況

柴河水庫電站為壩后式電站，是柴河水庫主體工程的重要組成部分，該電站于1976年正式建成發(fā)電，現(xiàn)有機(jī)組3臺(tái)，總裝機(jī)容量為7 030 kW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量1 450萬kW·h。其中，2號(hào)發(fā)電機(jī)組單機(jī)裝機(jī)容量3 200 kW，發(fā)電設(shè)計(jì)水頭30.5 m，最大水頭43 m，最小水頭24.4 m，發(fā)電設(shè)計(jì)流量12.6 m3/s，水輪機(jī)型號(hào)為HL240—LJ—140，發(fā)電機(jī)型號(hào)為TS325/36—20。

由于電站水輪機(jī)系蘇聯(lián)在20世紀(jì)40年代的產(chǎn)品，轉(zhuǎn)輪能量指標(biāo)低，過流能力差，經(jīng)過多年運(yùn)行，磨損、氣蝕嚴(yán)重，造成水能的浪費(fèi)?；诖耍?012年開始著手對(duì)該臺(tái)機(jī)組進(jìn)行增效改造。

2 改造方案

2.1 水輪機(jī)改造

(1)轉(zhuǎn)輪比選

經(jīng)過對(duì)原來2號(hào)機(jī)組水輪機(jī)HL240—LJ—140 轉(zhuǎn)輪進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算對(duì)比，選擇了高效率、低氣蝕、大流量，并經(jīng)過多座電站成功應(yīng)用的HLTF50 轉(zhuǎn)輪。新更換的轉(zhuǎn)輪采用0Cr13Ni4Mo 全不銹鋼，轉(zhuǎn)輪型號(hào)為HLTF50—LJ—140，同時(shí)對(duì)推力瓦進(jìn)行改造，更換原巴氏合金推力瓦為彈性塑料推力瓦(見表1)。

從表1可以看出，HLTF50模型轉(zhuǎn)輪的水力性能有了全面大幅度提高，具體表現(xiàn)在效率提高、流量增大、空化系數(shù)降低；因此，很適合用于本電站水輪機(jī)改造。

(2)更換新轉(zhuǎn)輪的技術(shù)參數(shù)計(jì)算

水輪機(jī)型號(hào)： HLTF50—LJ—140， 額定轉(zhuǎn)速00 r/min，最大單位飛逸轉(zhuǎn)速143 r/min。電站最大水頭按43 m考慮，按照下式計(jì)算出的最大飛逸轉(zhuǎn)速為595.4 r/min。

表1 新舊轉(zhuǎn)輪水力參數(shù)

模型向真機(jī)換算的效率修正：按國際電工學(xué)會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)混流式水輪機(jī)采用以下公式進(jìn)行計(jì)算。

由上式計(jì)算得到的效率修正值為1.17%?？紤]到真機(jī)流道與模型有一些差異，且已運(yùn)行40 a，為可靠起見，真機(jī)出力計(jì)算時(shí)，效率修正值按+1.0%考慮

真機(jī)出力及效率保證：

當(dāng)Hmax=43 m，水輪機(jī)出力Pr=3 750 kW時(shí)：

水輪機(jī)效率η=86.6%，水輪機(jī)流量Q=10.29 m3/s。

當(dāng)Hr=30.5 m，水輪機(jī)出力Pr=3 750 kW時(shí)：

水輪機(jī)效率η=93.53%，水輪機(jī)流量Q=13.43 m3/s。

當(dāng)Hmin=24.4 m,水輪機(jī)出力Pr=2 700 kW時(shí)：

水輪機(jī)效率η=90.0%，水輪機(jī)流量Q=12.58 m3/s。

2.2 綜合自動(dòng)化改造

原2號(hào)機(jī)組由于自動(dòng)化程度不高，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開停機(jī)功能。為提高電站2號(hào)機(jī)組運(yùn)行管理水平，確保機(jī)組安全可靠的運(yùn)行，改善運(yùn)行人員的工作條件，此次綜合自動(dòng)化改造以中控室作為監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心，可以實(shí)現(xiàn)上級(jí)和現(xiàn)地的分層分布式管理。主控級(jí)與現(xiàn)地控制單元采用以太網(wǎng)(10/100 M)連接，機(jī)組現(xiàn)地單元可獨(dú)立完成各種現(xiàn)地閉環(huán)控制，也可通過電站控制級(jí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控。

對(duì)該電站2號(hào)機(jī)組增設(shè)1套機(jī)組LCU屏和1套測(cè)溫剎車屏，放置于機(jī)旁。原2號(hào)機(jī)組保護(hù)為常規(guī)繼電器保護(hù)，現(xiàn)改成微機(jī)保護(hù)裝置，設(shè)置為1面屏，布置于中控室內(nèi)。全站共配置1套開關(guān)站及公用LCU屏，負(fù)責(zé)完成升壓站部分?jǐn)嗦菲鞅O(jiān)控、電量測(cè)量、同期、集水井排水泵自動(dòng)控制、低壓氣機(jī)的自動(dòng)控制、事故照明電源切換裝置、廠用電雙路電源切換裝置、電網(wǎng)安全管理裝置等。

原機(jī)組調(diào)速器為CT—40型機(jī)械調(diào)速器，此次改造保留原調(diào)速器油壓部分，對(duì)控制部分進(jìn)行微機(jī)改造，選用YWT水輪機(jī)控制系統(tǒng)。液壓控制系統(tǒng)采用數(shù)字閥與標(biāo)準(zhǔn)液壓件采用板式連接，取消明管，節(jié)奏緊湊，無杠桿連接，減少死區(qū)。

原機(jī)組勵(lì)磁方式為采用同軸直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁，相復(fù)勵(lì)裝置控制，此次改造拆除原直流勵(lì)磁機(jī)，取消舊的復(fù)勵(lì)裝置，采用雙微機(jī)、雙功率通道自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)；該裝置采用PWL—4A勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，并配備液晶顯示屏，可靠性高、操作簡單、維護(hù)方便。

正常運(yùn)行時(shí)，由電站控制室的操作員工作站進(jìn)行集中實(shí)時(shí)控制、安全監(jiān)視及管理；當(dāng)電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)故障時(shí)，可在現(xiàn)地控制單元(LCU)上進(jìn)行操作。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有多種調(diào)控方式，以滿足電站運(yùn)行的需要。為了保證控制和調(diào)節(jié)的正確、可靠，操作步驟按“選擇—返?！獔?zhí)行”的方式進(jìn)行，并且每一步驟都有嚴(yán)格的軟件校核、檢錯(cuò)和安全閉鎖邏輯功能，硬件方面也有防誤措施。

3 改造效果

3.1 增效改造效果

(1)出力對(duì)比

2015年5月，該臺(tái)機(jī)組改造后投入運(yùn)行，經(jīng)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比(見表2)，可以看出，在機(jī)組水頭只有24.5 m時(shí)，該機(jī)組出力已經(jīng)達(dá)到原設(shè)計(jì)30.5 m時(shí)的出力，且對(duì)比歷史同水頭數(shù)據(jù)，出力增加20%以上，遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)值及改造前的期望值。由于受水庫目前蓄水情況所限，不能考察達(dá)到額定水頭時(shí)的數(shù)據(jù)，但已經(jīng)可以得出結(jié)論，增效效果十分明顯。

表2 改造前后出力對(duì)比

(2)瓦溫對(duì)比

由于此次改造中對(duì)推力瓦進(jìn)行了改造，現(xiàn)將瓦溫對(duì)比列出(見表3)。由此可見，所有溫度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，且溫度較低，在安全運(yùn)行范圍。

表3 新轉(zhuǎn)輪投入后軸承溫度對(duì)比

3.2 綜合自動(dòng)化改造效果

通過對(duì)調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)、開關(guān)柜、監(jiān)控保護(hù)等綜合自動(dòng)化設(shè)施的改造，極大地提高了并網(wǎng)速度。首先是實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)，通過采用自同期操作，不超過1 min即可完成開機(jī)并網(wǎng)至帶滿負(fù)荷的全過程；若采用手動(dòng)準(zhǔn)同期操作，也只需3 min即可完成，大幅提升了開機(jī)時(shí)間(原同期操作需要近20 min)。同時(shí)，各種電量及非電量采集全部完成，各部位監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)均送入電腦后臺(tái)，降低了運(yùn)行崗位的工作強(qiáng)度，同時(shí)也減少人工抄表的誤差，為實(shí)現(xiàn)無人值班(少人值守)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4 結(jié) 語

通過對(duì)柴河電站2號(hào)機(jī)組的增效改造，提高了水能資源的利用效率，增加了發(fā)電量，同時(shí)提高了設(shè)備水平、技術(shù)水平和操作水平，奠定了無人值班(少人值守)的基礎(chǔ)，推進(jìn)了可持續(xù)發(fā)展，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益同步提高的目標(biāo)。

[1] GB/T 50700—2011， 小型水電站技術(shù)改造規(guī)范[S].

[2] 黃源芳.水電機(jī)組修復(fù)與現(xiàn)代化改造[M].武漢：長江出版社，2008.

[3] 陳錫芳.水輪發(fā)電機(jī)組改造增容與優(yōu)化運(yùn)行[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

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責(zé)任編輯 吳 昊

2015-07-01

艾 亮(1982-)，女，工程師，主要從事水利水電工程管理工作。E_mail: chaihedc@163.com