王大勇

（嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司，黑龍江齊齊哈爾161005）

尼爾基水利樞紐水輪發(fā)電機(jī)組的增容潛力分析

王大勇

（嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司，黑龍江齊齊哈爾161005）

文章詳細(xì)闡述尼爾基水利水電有限責(zé)任公司發(fā)電廠機(jī)組增容發(fā)電的必要性、增容的可行性，并對(duì)機(jī)組增容經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，已滿足其在電網(wǎng)中的調(diào)峰能力，增加了電網(wǎng)的備用容量。機(jī)組增容發(fā)電為尼爾基公司發(fā)電廠安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供堅(jiān)實(shí)可靠保障。

機(jī)組增容；必要性；可行性；機(jī)組試驗(yàn)；效益分析

1 機(jī)組增容發(fā)電的必要性

1.1 水輪發(fā)電機(jī)組現(xiàn)狀

尼爾基發(fā)電廠4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組是由哈爾濱電機(jī)廠制造，由中水第六工程局安裝施工，首臺(tái)4號(hào)機(jī)組于2006年7月16日并網(wǎng)發(fā)電，其余3臺(tái)機(jī)組也在2006年底前相繼投產(chǎn)發(fā)電，4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組經(jīng)過(guò)接近7年多的發(fā)電運(yùn)行考驗(yàn)，目前機(jī)組運(yùn)行狀況良好。

1.2 增加發(fā)電量的條件

尼爾基水庫(kù)庫(kù)容較大，具有嫩江流域水資源利用的多年調(diào)控能力，因此水庫(kù)一般都保持相對(duì)的高水位運(yùn)行狀態(tài)，這為提高水能發(fā)電效率的提供良好契機(jī)。

1.3 增容后的效益與重要作用

當(dāng)遇到豐水年時(shí)，來(lái)水量很大，例如2013年，就出現(xiàn)了預(yù)留庫(kù)容不足而導(dǎo)致棄水現(xiàn)象，因此怎樣能夠使發(fā)電機(jī)組在此期間安全的增加出力（簡(jiǎn)稱增容）多發(fā)電，充分利用好水力資源，力爭(zhēng)不棄水或少棄水，將會(huì)創(chuàng)造更大經(jīng)濟(jì)效益。此外，機(jī)組增容后，也提高了其在電網(wǎng)中的調(diào)峰能力，增加了電網(wǎng)的備用容量，由此可見(jiàn)機(jī)組增容的是十分必要的。

2 機(jī)組增容發(fā)電的可行性

2.1 增容改造方案的選擇

尼爾基發(fā)電廠總裝機(jī)額定有功容量為4×62.5 MW，主變壓器額定容量150 MVA，接線方式為2臺(tái)機(jī)組共用1臺(tái)變壓器。經(jīng)過(guò)分析，主變壓器的容量是制約發(fā)電機(jī)組增容發(fā)電的瓶頸，曾經(jīng)通過(guò)技術(shù)咨詢和市場(chǎng)調(diào)查，如果把150 MVA主變壓器進(jìn)行擴(kuò)容改造，最大可增擴(kuò)容至180 MVA，但是需要改造費(fèi)用接近設(shè)備總價(jià)的60%（更換變壓器繞組），每臺(tái)改造費(fèi)用約400多萬(wàn)元，費(fèi)用比較昂貴，由此看來(lái)，機(jī)組增容發(fā)電的前提條件很難滿足。

但是通過(guò)研究和分析現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)參數(shù)，結(jié)合設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行規(guī)律，可以從另外的角度探析機(jī)組增容發(fā)電的可行性，就能夠使這個(gè)問(wèn)題得以解決。

2.2 機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況

在實(shí)際運(yùn)行中，機(jī)組經(jīng)常能夠保持帶額定有功負(fù)荷62.5 MW狀態(tài)下運(yùn)行，尤其是在汛期發(fā)電期間，4臺(tái)機(jī)組最大日發(fā)電量超過(guò)6 000 MW。這里要重點(diǎn)提及一項(xiàng)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)—功率因數(shù)（cos?），因?yàn)楣β室驍?shù)是決定發(fā)電機(jī)組在額定電流狀態(tài)下的有功和無(wú)功功率的分配關(guān)系，發(fā)電機(jī)的額定功率（有功）是在額定功率因數(shù)時(shí)所對(duì)應(yīng)的有功輸出功率，通過(guò)查看水輪發(fā)電機(jī)組的相關(guān)參數(shù)得出，機(jī)組額定功率因數(shù)cos?=0.875對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)額定輸出有功功率P=62.5 MW，發(fā)電機(jī)的額定電流為I=2 988 A，水輪機(jī)視在功率S=71.43 MVA。但是機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)是按照電網(wǎng)調(diào)度指令執(zhí)行的，電網(wǎng)調(diào)度中心要對(duì)各發(fā)電廠的發(fā)電計(jì)劃（發(fā)電量）、發(fā)電機(jī)無(wú)功曲線、機(jī)組開/停、檢修批準(zhǔn)等各項(xiàng)工作直接調(diào)度，以保證電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定，這些工作內(nèi)容和機(jī)組運(yùn)行中功率分配關(guān)系最大的就是發(fā)電機(jī)無(wú)功曲線。表1是電網(wǎng)調(diào)度下發(fā)的2012年2季度尼爾基發(fā)電廠發(fā)電機(jī)運(yùn)行曲線表為例，全年各季度基本一致。

表1 發(fā)電機(jī)運(yùn)行曲線表

實(shí)際上，發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中的功率因數(shù)經(jīng)過(guò)實(shí)際記錄的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，基本上都是在0.97～0.98區(qū)間。

無(wú)論是電網(wǎng)調(diào)度下發(fā)的無(wú)功曲線還是發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行的功率因數(shù)，都高于機(jī)組的額定功率因數(shù)0.875，即使發(fā)電機(jī)有功出力達(dá)到了額定值62.50 MW，但是無(wú)功卻比額定值小許多，所以發(fā)電機(jī)定子電流就遠(yuǎn)低于額定值2 988 A。

根據(jù)公式：

膽囊炎包括急慢性兩種，其中，急性膽囊炎屬于較為常見(jiàn)的一種外科急腹癥[1-2]。近年來(lái)，伴隨著微創(chuàng)技術(shù)的提出，經(jīng)皮肝膽囊穿刺置管引流術(shù)得到廣泛應(yīng)用[3]，其結(jié)合腹腔鏡膽囊切除術(shù)，能產(chǎn)生良好的療效，創(chuàng)傷小，安全性高。本研究旨在探討經(jīng)皮肝膽囊穿刺引流術(shù)聯(lián)合腹腔鏡膽囊切除術(shù)在急性膽囊炎中的應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)報(bào)道如下。

式中：S為視在功率，VA；P為有功功率，W；Q為無(wú)功功率，VAR。

如果在運(yùn)行中保持發(fā)電機(jī)定子電流達(dá)到額定值，即I=2 988 A，當(dāng)發(fā)電機(jī)功率因數(shù)在0.875～1.000區(qū)間變化，視在功率仍然是額定值，即S=71.43 MVA，發(fā)電機(jī)的有功功率和無(wú)功功率就會(huì)得到重新分配，見(jiàn)表2。

表2 功率因數(shù)表

通過(guò)以上計(jì)算，保持發(fā)電機(jī)的額定負(fù)載電流不變情況下，根據(jù)發(fā)電機(jī)功率因數(shù)進(jìn)行有功和無(wú)功輸出分配，有功功率可以在62.50～71.43 MW區(qū)間運(yùn)行。功率因數(shù)和有功的關(guān)系曲線見(jiàn)圖1。

圖1 有功功率與功率因數(shù)關(guān)系

3 試驗(yàn)

3.1 增容后的機(jī)組各零部件強(qiáng)度計(jì)算與校核

機(jī)組增容后，其各主要零部件所承受的水壓力、軸向水推力、扭矩及電磁力等都必然有不同程度的增加。為了滿足機(jī)組增容要求，保證機(jī)組安全運(yùn)行，有必要對(duì)主軸、聯(lián)接螺栓、轉(zhuǎn)輪體、轉(zhuǎn)輪葉片、座環(huán)、頂蓋、接力器、導(dǎo)葉、控制環(huán)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、推力軸承、負(fù)重機(jī)架、發(fā)電機(jī)定子機(jī)座進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算、校核，其計(jì)算分析結(jié)果應(yīng)該滿足增容要求。

3.2 增容后的發(fā)電機(jī)電磁參數(shù)計(jì)算與校核

機(jī)組增容應(yīng)考慮幾種方案，如目前銘牌方案、機(jī)組增容65，67.5，70 MW等工況，對(duì)上述方案進(jìn)行電磁計(jì)算，確定機(jī)組增容后主要電磁參數(shù)（如短路比、直流同步電抗、直流瞬變電抗等）均要滿足運(yùn)行要求，此時(shí)的定子線圈、轉(zhuǎn)子線圈、定子鐵心的溫升的裕度也要滿足規(guī)程要求。

4臺(tái)發(fā)電機(jī)組雖然在投運(yùn)時(shí)做過(guò)溫升試驗(yàn)，但是經(jīng)過(guò)大修后機(jī)組的狀態(tài)是有一些變化的，尤其是大修中發(fā)電機(jī)的定子線棒槽楔進(jìn)行了檢修處理，而且要在和以往不同的試驗(yàn)條件進(jìn)行溫升試驗(yàn)，即發(fā)電機(jī)的有功、無(wú)功分配不是按照原來(lái)的額定功率因數(shù)制定，所以發(fā)電機(jī)定子電流雖然還在額定值以內(nèi)，但發(fā)電機(jī)的有功電流和無(wú)功電流分配發(fā)生了變化，發(fā)電機(jī)內(nèi)部電磁力和電阻熱效應(yīng)均發(fā)生了變化，因此需要對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行以上試驗(yàn)，求證可靠運(yùn)行依據(jù)。選擇以下幾種運(yùn)行工況進(jìn)行溫升試驗(yàn)，見(jiàn)表3。

表3 功率因數(shù)表

3.4 機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)

由于機(jī)組的有功增加，使得水輪機(jī)導(dǎo)葉開度增大，水輪機(jī)過(guò)水量增大，槳葉在新的協(xié)聯(lián)點(diǎn)運(yùn)行，開度也要增大，所以對(duì)于超出額定有功發(fā)電工況要進(jìn)行逐級(jí)甩負(fù)荷試驗(yàn)，以求證各項(xiàng)數(shù)據(jù)（蝸殼壓力、機(jī)組抬機(jī)量、轉(zhuǎn)速上升率、機(jī)組振動(dòng)等）滿足機(jī)組安全運(yùn)行?？梢赃x擇表3運(yùn)行工況進(jìn)行甩負(fù)荷試驗(yàn)。

3.5 水輪機(jī)調(diào)速器協(xié)聯(lián)試驗(yàn)

對(duì)于新的機(jī)組運(yùn)行工況，還涉及到水輪機(jī)調(diào)速器要增加新的運(yùn)行協(xié)聯(lián)點(diǎn)，目前的設(shè)計(jì)協(xié)聯(lián)曲線還沒(méi)有進(jìn)行超額定有功發(fā)電的水輪機(jī)協(xié)聯(lián)試驗(yàn)，所以應(yīng)該進(jìn)行補(bǔ)充試驗(yàn)，以求證最佳運(yùn)行協(xié)聯(lián)點(diǎn)，保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行。

3.6 機(jī)組穩(wěn)定性試驗(yàn)

可以結(jié)合發(fā)電機(jī)溫升試驗(yàn)工況，進(jìn)行增容后的機(jī)組穩(wěn)定性試驗(yàn)，以求驗(yàn)證增容后的機(jī)組各部軸承擺度、機(jī)架、頂蓋、定子機(jī)座振動(dòng)是否滿足穩(wěn)定要求，同時(shí)要考驗(yàn)各部軸承、推力瓦溫是否滿足規(guī)程要求。

3.7 其他試驗(yàn)檢查項(xiàng)目

注意觀察發(fā)電機(jī)最大負(fù)載電流長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變壓器的運(yùn)行情況以及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置、開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行情況，當(dāng)2臺(tái)機(jī)組同時(shí)在額定負(fù)載電流狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)主變壓器及戶外開關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行認(rèn)真檢查。

通過(guò)對(duì)機(jī)組增容發(fā)電的可行性分析論證可知，在機(jī)組結(jié)構(gòu)部件不變和保證機(jī)組穩(wěn)定性的前提下，適當(dāng)提高發(fā)電機(jī)功率因數(shù)，提高發(fā)電機(jī)有功功率是完全可行的。建議應(yīng)由具有資質(zhì)權(quán)威研究機(jī)構(gòu)或部門的有關(guān)專家做進(jìn)一步論證評(píng)審，以便獲得科學(xué)論證增容的可行性。

4 機(jī)組增容放電的效益分析

4.1 增強(qiáng)電網(wǎng)備用容量

增加了電網(wǎng)的備用水電機(jī)組容量，即使在平常的熱備用狀態(tài)，電網(wǎng)可以視為尼爾基水力發(fā)電廠為280 MW，比原來(lái)的250 MW高出12%。

4.2 增強(qiáng)電網(wǎng)的調(diào)峰能力

增強(qiáng)了尼爾基發(fā)電機(jī)組在電網(wǎng)中的調(diào)峰能力，雖然尼爾基發(fā)電廠總裝機(jī)容量并不能對(duì)電網(wǎng)的調(diào)峰起到重要作用，但是它的意義就在于增加的是水電機(jī)組容量，對(duì)電網(wǎng)的瞬時(shí)、快速調(diào)峰還是能發(fā)揮一定的作用。

4.3 減少機(jī)組耗水率

增加發(fā)電效益，如果每日的發(fā)電量已確定，則提高單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)電量，相對(duì)就會(huì)減少發(fā)電運(yùn)行時(shí)間，減少機(jī)組空載耗水量，從而提高水能效率。

4.4 提高電廠發(fā)電效益

尼爾基發(fā)電廠通過(guò)機(jī)組增容改造后，可以提升尼爾基公司整體運(yùn)行水平，提高機(jī)組的可靠性和穩(wěn)定性，從而能更好的發(fā)揮尼爾基水利樞紐作用。通過(guò)在2013年尼爾基水庫(kù)發(fā)生棄水和四臺(tái)機(jī)組連續(xù)滿發(fā)電122 d的驗(yàn)證下，如果將4臺(tái)水輪機(jī)組的總出力由原來(lái)的25萬(wàn)kW提高至28萬(wàn)kW，每天可增加發(fā)電72萬(wàn)kW·h。由此可見(jiàn)，所增加發(fā)電效益是非?？捎^的。

［1］宋新明，黃德偉.南河水電廠機(jī)組的增容改造［J］.湖北水力發(fā)電，1994（1）.

［2］胡金榮.劉家峽水電廠機(jī)組增容改造［A］.全國(guó)水電廠技術(shù)改造學(xué)習(xí)交流研討會(huì)論文集［C］.2005.

［3］王宏.葛洲壩電站機(jī)組增容改造關(guān)鍵技術(shù)研究及工程項(xiàng)目管理［D］.重慶大學(xué)，2001.

［4］付廷勤.劉家峽水電廠水輪發(fā)電機(jī)組增容改造分析研究［D］.武漢大學(xué)，2004.

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