應(yīng)孟達(dá)（中國(guó)水利水電第十二工程局有限公司機(jī)電安裝分局，浙江 麗水 323000）

水輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)改造與運(yùn)行方式探討

應(yīng)孟達(dá)
（中國(guó)水利水電第十二工程局有限公司機(jī)電安裝分局，浙江 麗水 323000）

水輪發(fā)電機(jī)組為水電站一項(xiàng)重要設(shè)施，確保水輪發(fā)電機(jī)組健康、持續(xù)運(yùn)行對(duì)水電站綜合效益產(chǎn)生了至關(guān)重要的影響。近年來(lái)，我國(guó)各地區(qū)一些小型水電站在改造水輪發(fā)電機(jī)的過(guò)程中不斷探索總結(jié)了一些科學(xué)有效的方式策略。本文結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)分析，探討了運(yùn)行改造過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題。對(duì)提升水輪發(fā)電機(jī)組整體運(yùn)行水平，創(chuàng)設(shè)顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的全面發(fā)展，有重要的實(shí)踐意義。

水輪發(fā)電機(jī)組；技術(shù)改造；運(yùn)行方式

1 前言

水電站技術(shù)更新改造階段中最為重要的環(huán)節(jié)在于水輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)改造。較多水電站轉(zhuǎn)輪要更換之外，水輪機(jī)良好運(yùn)行、超出力運(yùn)行狀況較多。而發(fā)電機(jī)存在明顯的蠟老化現(xiàn)象，無(wú)法符合水機(jī)超出力運(yùn)行需要。這是由于早期生產(chǎn)研發(fā)的水輪發(fā)電機(jī)受到設(shè)計(jì)手段、應(yīng)用材料、生產(chǎn)工藝的限定，導(dǎo)致出裝缺陷，歷經(jīng)多年服務(wù)，令線圈出現(xiàn)松動(dòng)，并出現(xiàn)了明顯的鐵損現(xiàn)象。而該類(lèi)發(fā)電機(jī)具有較大的技術(shù)改造潛能，為此制定科學(xué)有效的更新改造策略尤為重要。

2 水輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)改造重要性與具體原則

隨著現(xiàn)代化技術(shù)手段的快速更新為水電站技術(shù)創(chuàng)新改造提供了條件，針對(duì)一些老水電站進(jìn)行整體改造可實(shí)現(xiàn)少量投資、大量收益的目標(biāo)，同時(shí)施工建設(shè)周期較短，且投資回報(bào)更加快速。我們知道，以往小規(guī)模水電站在機(jī)組選型階段中通常僅依照當(dāng)時(shí)規(guī)定的一系列型譜進(jìn)行水輪機(jī)類(lèi)型與標(biāo)準(zhǔn)直徑的比選，這樣將導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行具體參數(shù)同設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法全面匹配，令機(jī)組始終無(wú)法到達(dá)額定出力的標(biāo)準(zhǔn)或是與最優(yōu)工況運(yùn)行出現(xiàn)了一定偏差。根據(jù)調(diào)查分析，一些小規(guī)模水電站設(shè)計(jì)工況同最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)相去甚遠(yuǎn)，導(dǎo)致水資源不良浪費(fèi)，一些電站在經(jīng)歷了長(zhǎng)久的運(yùn)行后，設(shè)備出現(xiàn)了嚴(yán)重的老化現(xiàn)象，導(dǎo)致出力降低。一些由于選擇應(yīng)用設(shè)施質(zhì)量水平不佳、存在嚴(yán)重缺陷， 安全可靠性不足、管理水平有限，致使機(jī)組長(zhǎng)久的帶病工作，進(jìn)而加劇了損壞，這恰恰是小型水電站的通病問(wèn)題，而該類(lèi)因素則成為改造更新的首要任務(wù)。而技改最終的成功應(yīng)由實(shí)際入手，依照原有項(xiàng)目狀況，做好經(jīng)濟(jì)性論證，引入現(xiàn)代化技術(shù)，新型工藝設(shè)施，合理選擇設(shè)備制造廠家，以確保設(shè)備先進(jìn)性與安全性。項(xiàng)目改造更新應(yīng)遵循有關(guān)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格履行報(bào)批手續(xù)與竣工驗(yàn)收流程。投資回報(bào)年限同樣是技改能否成功的核心標(biāo)準(zhǔn)，通常小規(guī)模水電站投資回報(bào)期限以三年為宜。

3 水輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)改造階段應(yīng)注意的問(wèn)題

水輪發(fā)電機(jī)組改造前期應(yīng)進(jìn)行可行性研究，匯總水文資料以及電站歷年運(yùn)行工況數(shù)據(jù)，聘請(qǐng)專業(yè)人員通過(guò)電腦對(duì)各類(lèi)水頭水能做綜合評(píng)估，并做好電磁參數(shù)優(yōu)化計(jì)算，形成改造方案對(duì)比表，而后由專家做評(píng)估，以發(fā)揮更好的效果。更換水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)定，同樣要做可行性研究。為明確改造機(jī)組水平，要做好導(dǎo)葉開(kāi)度以及發(fā)電機(jī)處理比對(duì)研究，進(jìn)行機(jī)組效率試驗(yàn)，掌握具體的效果，并將結(jié)果進(jìn)行存檔。

4 水輪發(fā)電機(jī)組改造對(duì)策

水輪發(fā)電機(jī)組改造階段中應(yīng)做好定、轉(zhuǎn)子繞組絕緣更新，較早生產(chǎn)水輪發(fā)電機(jī)多選擇理清云母，為B等級(jí)絕緣。改造階段中應(yīng)用F級(jí)環(huán)氧粉云母以及絕緣工藝則可顯著提升發(fā)電機(jī)組耐溫以及耐電壓屬性，并縮減絕緣材料單層厚度。通過(guò)現(xiàn)代化浸漆、合理的烘焙、將線圈之間、線圈以及鐵心間空隙進(jìn)行填充，可優(yōu)化電機(jī)散熱絕緣效果，抑制溫升。由于發(fā)電機(jī)質(zhì)量水平、壽命期限主要與絕緣材料有關(guān)，因此更新絕緣結(jié)構(gòu)為有效的改造處理方式。應(yīng)依照水輪發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)技術(shù)條件要求，控制F級(jí)絕緣最高溫度標(biāo)準(zhǔn)，即定子繞組應(yīng)是一百四十?dāng)z氏度，而轉(zhuǎn)子繞組應(yīng)是一百五十?dāng)z氏度。

在提升發(fā)電機(jī)絕緣水平以及絕緣減薄的同時(shí)，可提升釘子繞組銅線截面以及線圈槽滿率，進(jìn)而擴(kuò)充電機(jī)線負(fù)荷，提升發(fā)電機(jī)總體輸出功率，實(shí)現(xiàn)增容目標(biāo)。還可縮減繞組電流密度，降低銅耗以及溫升。線圈更新可應(yīng)用現(xiàn)代化工藝，例如天津發(fā)電廠無(wú)間隙嵌線技術(shù)與線圈連焊工藝。制作定子線圈要采取二次整形熱壓工藝技術(shù)，確保線圈導(dǎo)線整齊排列，匝間牢靠粘結(jié)，形狀一致良好。定子線圈端位置可采取當(dāng)前大型電機(jī)中應(yīng)用的綁扎材料進(jìn)行處理，確保牢固可靠，具有良好的通風(fēng)性且不會(huì)快速老化。轉(zhuǎn)子繞組可裝散熱匝，轉(zhuǎn)子線圈對(duì)地絕緣應(yīng)用翻邊結(jié)構(gòu)，有效預(yù)防發(fā)電機(jī)持久運(yùn)行過(guò)程中油污以及灰塵飛進(jìn)磁極鐵心以及線圈內(nèi)，并可顯著提升對(duì)地耐壓水平。

定子鐵心應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)導(dǎo)磁材料，例如冷軋硅鋼片以提升迭裝系數(shù)，縮減定子鐵心損耗，提升發(fā)電機(jī)整體運(yùn)行工作效率。在更新發(fā)電機(jī)通風(fēng)結(jié)構(gòu)的過(guò)程中應(yīng)利用三維溫度場(chǎng)研發(fā)成果設(shè)計(jì)散熱，依照各個(gè)季節(jié)、發(fā)電機(jī)具體出力狀況、風(fēng)溫水平，調(diào)整發(fā)電機(jī)的總體風(fēng)量，縮減熱風(fēng)溫度以及風(fēng)摩消耗，以提升發(fā)電機(jī)出力以及應(yīng)用服務(wù)壽命。

另外，可通過(guò)電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，通過(guò)軟件工具完成電磁計(jì)算，選擇最合理的技改方案，設(shè)定發(fā)電機(jī)具體的電磁屬性，并選定最科學(xué)有效的結(jié)構(gòu)尺寸。

5 水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行方式

水輪發(fā)電機(jī)具體的運(yùn)行方式依照帶負(fù)荷有并網(wǎng)以及單機(jī)兩類(lèi)模式，依照調(diào)速器控制模式則包含自動(dòng)以及手動(dòng)運(yùn)行兩類(lèi)。各類(lèi)運(yùn)行方式均要把握科學(xué)原則，重視要點(diǎn)問(wèn)題。水輪發(fā)電機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，通常中小型水輪發(fā)電機(jī)組采用并網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)行方式，其工況變化需要利用切換控制設(shè)施實(shí)現(xiàn)。該過(guò)程中應(yīng)依照相應(yīng)的操作規(guī)程完成，以保證切換過(guò)程機(jī)組的可靠安全性。并網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組調(diào)速器應(yīng)依照系統(tǒng)地位與負(fù)荷屬性明確轉(zhuǎn)差系數(shù)。中小型機(jī)組向大電網(wǎng)并入均承擔(dān)了基礎(chǔ)負(fù)荷，調(diào)速器轉(zhuǎn)差系數(shù)應(yīng)取百分之八。系統(tǒng)變化負(fù)荷可由調(diào)頻以及跳調(diào)風(fēng)機(jī)組進(jìn)行承擔(dān)，確保系統(tǒng)頻率固定的同時(shí)此百分之八機(jī)組符合保持不變。僅有在系統(tǒng)負(fù)荷出現(xiàn)明顯變化，導(dǎo)致穩(wěn)定頻率發(fā)生變化之時(shí)，此機(jī)組符合方會(huì)出現(xiàn)較少的變化。倘若并入大電網(wǎng)之中的小機(jī)組錯(cuò)誤的將轉(zhuǎn)差系數(shù)標(biāo)定為很小的數(shù)值或是歸零，那么此機(jī)組會(huì)在零值以及滿載的狀態(tài)產(chǎn)生功率擺動(dòng)。僅有在系統(tǒng)無(wú)差調(diào)頻機(jī)組方允許此轉(zhuǎn)差系數(shù)調(diào)節(jié)為零。機(jī)組單機(jī)在孤立負(fù)荷的運(yùn)行階段中，那么孤立系統(tǒng)負(fù)荷均需要由一個(gè)機(jī)組承擔(dān)。該狀況之下運(yùn)行機(jī)組，對(duì)調(diào)速器裝置、勵(lì)磁裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)屬性具備較高的標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)而既能符合用戶有功以及無(wú)功符合標(biāo)準(zhǔn)，還可確保電能頻率以及電壓水平的可靠穩(wěn)定。

試運(yùn)行機(jī)組第一次帶負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中需要利用逐級(jí)增加負(fù)荷的方法，分別在中小負(fù)荷、大負(fù)荷以及滿載狀況下運(yùn)行一定時(shí)期，便于在各類(lèi)符合標(biāo)準(zhǔn)下全面驗(yàn)證機(jī)組水力、機(jī)械以及電氣屬性。在漸漸加大負(fù)荷的階段中，應(yīng)細(xì)致搜尋機(jī)組有可能包含的振動(dòng)區(qū)，便于正常運(yùn)行過(guò)程中避開(kāi)此不利工況。針對(duì)試運(yùn)行機(jī)組應(yīng)做好甩負(fù)荷校驗(yàn)，即在周密準(zhǔn)備、全面組織下開(kāi)展，嚴(yán)格依照額定負(fù)荷四分之一、二分之一、四分之三以及百分之百的次序從小至大逐層開(kāi)展。僅有在小負(fù)荷轉(zhuǎn)差系數(shù)實(shí)施甩負(fù)荷試驗(yàn)均正常合理，也就是機(jī)組水壓提高、轉(zhuǎn)速加大的最高值以及過(guò)度階段均契合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，不高出允許量，沒(méi)有各個(gè)異常狀況之下，方準(zhǔn)許甩更高級(jí)別的負(fù)荷試驗(yàn)。該過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控機(jī)組水機(jī)電狀況，并對(duì)各類(lèi)主體數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的記錄。

6 結(jié)語(yǔ)

水輪發(fā)電機(jī)組為整體電站的核心設(shè)備，完善系統(tǒng)改造將顯著提升水輪機(jī)整體運(yùn)行工作效率，擴(kuò)充年度發(fā)電量，為我國(guó)提供更豐富的電力能源，縮減二氧化碳整體排放。為此應(yīng)注重水輪發(fā)電機(jī)組更新改造，確保其可靠安全運(yùn)行，總結(jié)合理的方式方法，抓住要點(diǎn)問(wèn)題，方能達(dá)到事半功倍的工作效果，創(chuàng)設(shè)顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的全面發(fā)展。

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