張繼發(fā)

撫順市大興水利工程有限公司

淺談水電站增效擴(kuò)容改造

張繼發(fā)

撫順市大興水利工程有限公司

水電是可再生清潔能源，大力發(fā)展水電事業(yè)可減少二氧化碳和二氧化硫排放有利環(huán)保，保護(hù)森林資源是利國(guó)利民的千年大計(jì)。水電站是將水能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿墓S。我國(guó)水力資源豐富，各條江河已建成水電站無(wú)數(shù)座為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活的改善以及環(huán)境改善起到了不可估量的作用。隨著水電事業(yè)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步研究出各種高效水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪效率提高到94%以上。老發(fā)電機(jī)由于絕緣等級(jí)的提高,新的絕緣材料絕緣好而薄減少絕緣厚度因此可增大線棒面積，提高發(fā)電機(jī)容量。調(diào)速器，勵(lì)磁，開(kāi)關(guān)柜，水機(jī)自動(dòng)及發(fā)電機(jī)監(jiān)控保護(hù)等的微機(jī)化智能化管理的實(shí)現(xiàn)，又給水電站增加了新的生命力。改造后水電站可以實(shí)現(xiàn)少人管理到無(wú)人值守的現(xiàn)代化水電站。

近幾年國(guó)家對(duì)老舊小水電給予大力扶持推動(dòng)水電站增效擴(kuò)容改造。給水電站帶來(lái)了新的生命力。

對(duì)于水電站增加出力的主要部件是水輪機(jī)，發(fā)電機(jī)是接受水輪機(jī)的出力。如果水輪機(jī)出力增加發(fā)電機(jī)必須增加出力。老舊水輪機(jī)能否增加出力主要是看水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪能否有新的適合該電站的高效轉(zhuǎn)輪代替。

以遼寧省清原滿(mǎn)族自治縣紅河二級(jí)電站為例；該電站設(shè)計(jì)水頭32.5m最高水頭35m。電站安裝四臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組。單機(jī)1250kw總裝機(jī)5000kw。水輪機(jī)型號(hào)HL240-WJ-84。配套發(fā)電機(jī)Tsfw1250-12/1730。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)500轉(zhuǎn)/分。

由以上條件可計(jì)算出水輪機(jī)流量。（水輪機(jī)效率89%,發(fā)電機(jī)效率92%）

由240轉(zhuǎn)輪的特性曲線單位流量1.2L/s,已到邊緣了效率下降，而3689轉(zhuǎn)輪的單位流量1.2L/s～1.3L/s,在高效率區(qū)。單位轉(zhuǎn)數(shù)68n/min～75n/min在最高效率區(qū)效率在93.5%，最高效率94%。

采用3689轉(zhuǎn)輪在水頭32.5m可發(fā)1450kw。在水頭35m可發(fā)1550kw。

對(duì)于清原滿(mǎn)族自治縣紅河二級(jí)電站達(dá)到了增效擴(kuò)容改造的效果。

水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪改造：

每個(gè)水電站要按照本電站的具體情況具體研究。首先弄清水輪機(jī)型號(hào)，轉(zhuǎn)輪直徑，加權(quán)平均水頭，水頭范圍，流量，發(fā)電機(jī)容量，轉(zhuǎn)速等。計(jì)算出單位轉(zhuǎn)速，單位流量。再根據(jù)原水輪機(jī)的（模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線）看其運(yùn)行于曲線的什么位置？是否合理？是否在高效率區(qū)？看有沒(méi)有更好的轉(zhuǎn)輪可代替原轉(zhuǎn)輪，效率和出力如何？還要查看原轉(zhuǎn)輪的流道是否適應(yīng)新轉(zhuǎn)輪的流道?才能取得良好的改造效果。

要做原水輪機(jī)各水頭出力和效率計(jì)算。新轉(zhuǎn)輪的水輪機(jī)各水頭出力和效率計(jì)算并做出比較。

發(fā)電機(jī)定子線圈改造：

老舊發(fā)電機(jī)的線圈絕緣等級(jí)多為A級(jí)和B級(jí)絕緣。絕緣材料厚耐熱低?，F(xiàn)在采用F級(jí)絕緣，材料薄耐熱高，這樣就給線圈的線棒增加導(dǎo)電面積提供可能。一般B級(jí)絕緣改為F級(jí)，發(fā)電機(jī)可提高一個(gè)級(jí)別，1250kw增加到1500kw。A級(jí)絕緣改為F級(jí)后增加的還多。導(dǎo)線的電流密度比原來(lái)還要小些，保證發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行，穩(wěn)定運(yùn)行。

例如：

花涼亭2號(hào)水輪機(jī)原型號(hào)為HL230-LJ-200型。電站的實(shí)際在水頭33m～40m之間，近期加權(quán)平均水頭37.5m，配用發(fā)電機(jī)10MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速214.3轉(zhuǎn)/分，28極。計(jì)算33m～40m單位轉(zhuǎn)速是33m為74.6r/min。40m為67.8r/min。由于原機(jī)出力和效率都低。電站于上世紀(jì)90年代對(duì)1號(hào)和4號(hào)機(jī)組進(jìn)行了水輪機(jī)改造，更換了當(dāng)時(shí)較先進(jìn)的HLA296型不銹鋼轉(zhuǎn)輪，效率和出力都有較大提高。水頭在36m以下可達(dá)90%在36m以上可達(dá)89%。33m～40m發(fā)電機(jī)出力在6.5mw-8.0mw之間。2014年電站對(duì)2號(hào)機(jī)組進(jìn)行了發(fā)電機(jī)和水輪機(jī)進(jìn)行提效擴(kuò)容改造。發(fā)電機(jī)提高絕緣等級(jí)到F級(jí)容量由10mw提高到12.5mw。水輪機(jī)采用更先進(jìn)的HLC904轉(zhuǎn)輪不銹鋼轉(zhuǎn)輪。該轉(zhuǎn)輪最高效率可達(dá)94%。本次改造的2號(hào)發(fā)電機(jī)組出力比1號(hào)，4號(hào)機(jī)組相同水頭提高了近1.8mw,其中效率提高了3-5%，流量提高了20%。

選擇轉(zhuǎn)輪還需要注意的問(wèn)題：

(1)替換的轉(zhuǎn)輪其流道要等于或小于原機(jī)的流道，方可

收到較好的改造效果。如果替換轉(zhuǎn)輪的流道大于原機(jī)的流道則不能通過(guò)相應(yīng)的流量，取不到良好的改造效果。HLC904轉(zhuǎn)輪的流道與原機(jī)HL230的流道基本相同，只是904的下環(huán)高于230的下環(huán)，只需尾水管改動(dòng)取得合理的下環(huán)高度即可滿(mǎn)足改造要求。取得良好的改造效果。

如果替換轉(zhuǎn)輪的流道小于原機(jī)流道（主要看導(dǎo)葉高度）葉片適當(dāng)向上按原曲線延伸會(huì)取得更好的改造效果。

(2)對(duì)于水庫(kù)電站水頭變化較大，必須計(jì)算全水頭范圍

內(nèi)單位轉(zhuǎn)速和單位流量在最佳范圍，取得最佳效率。該轉(zhuǎn)輪使用水頭必須大于電站的最大水頭。

(3)電站改造如果出力增加較大必須作機(jī)械強(qiáng)度校核。

同時(shí)還要按轉(zhuǎn)輪的空化系數(shù)核算吸出高程是否合理。

(4)替換的轉(zhuǎn)輪應(yīng)該采用先進(jìn)的不銹鋼轉(zhuǎn)輪。

(5)改造其它不合理的部件，和影響效率出力的部件。

(6)發(fā)電機(jī)增效擴(kuò)容主要是提高絕緣等級(jí)到F級(jí)，增大

線棒的截面積增加發(fā)電機(jī)容量，如保證功率因數(shù)不變可對(duì)轉(zhuǎn)子線棒改造，也可以用電容器補(bǔ)償無(wú)功。

(7)采用微機(jī)可控硅勵(lì)磁，微機(jī)調(diào)速器，微機(jī)監(jiān)控保護(hù)。

微機(jī)自動(dòng)，制動(dòng)。自同期并列等先進(jìn)技術(shù)。達(dá)到無(wú)人或少人值班值守。

(8)驗(yàn)證改造是否取得應(yīng)有的效果，主要看出力再看尾水的水花，水花只是一個(gè)骨朵沒(méi)有拖出長(zhǎng)流說(shuō)明水能量吸收的好。2號(hào)機(jī)只是一個(gè)骨朵，3號(hào)機(jī)拖出長(zhǎng)流，說(shuō)明2號(hào)機(jī)能量吸收好，3號(hào)機(jī)能量被帶走了。同樣水頭同樣導(dǎo)葉開(kāi)度1號(hào)4號(hào)機(jī)發(fā)7.2mw，3號(hào)機(jī)發(fā)8.4mw，2號(hào)機(jī)發(fā)9mw。水頭約35m。導(dǎo)葉開(kāi)度90%。

(9)有的電站改造后由于流道等不完全相同，改造后會(huì)有一些差異是可以理解的。

科學(xué)技術(shù)是不斷發(fā)展的，采用新設(shè)備，新技術(shù)，新理念，不斷進(jìn)取才能取得好效益，才是主流。

新轉(zhuǎn)輪效率高，水輪機(jī)軸承改為塑料軸承后摩擦損失減小效率可提高0.5%，水輪機(jī)效率按92.5%計(jì)。發(fā)電機(jī)增容到1.5mw，效率可達(dá)93%以上，按93%計(jì)。

附兩種轉(zhuǎn)輪模型特性曲線；

清原滿(mǎn)族自治縣紅河二級(jí)電站原來(lái)四臺(tái)1250kw發(fā)電機(jī)組改造后變成四臺(tái)1500kw總裝機(jī)由5000kw增容到6000kw。按這樣改造即增效擴(kuò)容又節(jié)省了大量資金?？梢赃吷a(chǎn)邊改造，改造與生產(chǎn)兩不誤。符合水利部財(cái)政部關(guān)于增效擴(kuò)容改造的精神。是一種很好的水電站改造方法。

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.12.204