許林波 李衛(wèi)平

(1.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)村水電及電氣化發(fā)展局，廣西 南寧市 530023； 2.廣西農(nóng)業(yè)投資集團(tuán)大新發(fā)電分公司，廣西 崇左市 532300)

中軍潭水電站增效擴(kuò)容改造工程建設(shè)實(shí)效

許林波1李衛(wèi)平2

(1.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)村水電及電氣化發(fā)展局，廣西 南寧市 530023； 2.廣西農(nóng)業(yè)投資集團(tuán)大新發(fā)電分公司，廣西 崇左市 532300)

中軍潭水電站于1993年投產(chǎn)運(yùn)行，經(jīng)過(guò)20多年的運(yùn)行，電站存在設(shè)施、機(jī)電設(shè)備老化，運(yùn)行參數(shù)下降，故障率上升等問(wèn)題；并且由于發(fā)電機(jī)存在缺陷，影響電站正常運(yùn)行，水資源得不到充分利用。本文通過(guò)對(duì)電站增效擴(kuò)容改造前影響出力、效率潛力的分析，確定“增效、擴(kuò)容”改造措施。經(jīng)改造后實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，電站機(jī)組出力、效率大幅提升，安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)效益得到很大提高。

中軍潭水電站；增效擴(kuò)容；技術(shù)改造

1 概 述

大新縣中軍潭水電站增效擴(kuò)容改造項(xiàng)目是“十二五”規(guī)劃實(shí)施的第二批農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造工程，項(xiàng)目總投資1560萬(wàn)元。工程建設(shè)主要項(xiàng)目有：水輪發(fā)電機(jī)組增容改造，裝機(jī)容量由2×3750kW改造為2×4000kW;更新改造調(diào)速器，更新監(jiān)控保護(hù)設(shè)備、高低壓開(kāi)關(guān)柜、戶(hù)外開(kāi)關(guān)設(shè)備、主變等電氣設(shè)備，機(jī)械附屬設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)維修維護(hù)，引水渠道防滲加固，增建副廠(chǎng)房及原廠(chǎng)房修繕等，實(shí)施綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)視系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了增效、安全、規(guī)范的改造建設(shè)目的，達(dá)到了“少人值守”的工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2 增效擴(kuò)容改造原因分析

2.1 電站發(fā)電出力不足

中軍潭水電站為引水式電站，引水渠道980m，設(shè)計(jì)過(guò)水流量為84.80m3/s。電站內(nèi)建有兩個(gè)車(chē)間，一車(chē)間裝機(jī)2×3750kW，引用流量74.60m3/s，設(shè)計(jì)水頭12.50m,另一車(chē)間裝機(jī)1×1000kW,引用流量10.20m3/s,由于多年運(yùn)行的沖刷，造成引水渠內(nèi)側(cè)凹凸不平，粗糙增大，輸水能力下降，滲漏水較大，水庫(kù)正常蓄水位下電站發(fā)電出力僅達(dá)到7900kW，達(dá)不到總裝機(jī)的額定出力。

2.2 發(fā)電機(jī)組定子、轉(zhuǎn)子運(yùn)行溫度過(guò)高

2×3750kW機(jī)組于1993年投產(chǎn)運(yùn)行，經(jīng)過(guò)20多年的運(yùn)行，設(shè)備老化，性能下降，經(jīng)過(guò)多次維修維護(hù)，轉(zhuǎn)輪葉片變形，漏水量增大，效率下降；發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)定子、轉(zhuǎn)子運(yùn)行溫度過(guò)高，額定負(fù)荷下定子線(xiàn)圈運(yùn)行溫度高達(dá)125℃，導(dǎo)致絕緣過(guò)快老化，多次發(fā)生擊穿短路事故。為了避免擊穿短路事故的發(fā)生，電站以降低有功負(fù)荷和無(wú)功負(fù)荷運(yùn)行，為解決發(fā)電機(jī)組定子、轉(zhuǎn)子運(yùn)行溫度過(guò)高問(wèn)題，歷年來(lái)經(jīng)不斷探討處理，對(duì)發(fā)電機(jī)組的風(fēng)路、冷卻及轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈等方面進(jìn)行技術(shù)改造，但收效甚微，僅能降低3℃，沒(méi)能從根本上解決溫度過(guò)高問(wèn)題；由于發(fā)電機(jī)組運(yùn)行溫度過(guò)高，不僅浪費(fèi)水力資源造成發(fā)電量損失，且由于發(fā)無(wú)功功率不足欠發(fā)無(wú)功電量受扣罰，年受罰30萬(wàn)元左右。

3 “增效、擴(kuò)容”論證

中軍潭水電站把“增效、擴(kuò)容”作為設(shè)計(jì)論證的核心，通過(guò)對(duì)水文資源、過(guò)水流道、設(shè)備選型進(jìn)行充分的分析論證，對(duì)布局規(guī)劃、焦點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行細(xì)致研究，科學(xué)、準(zhǔn)確、標(biāo)準(zhǔn)的確定設(shè)計(jì)方案。

3.1 對(duì)水資源利用進(jìn)行充分的分析論證

水電增效改造必須對(duì)水資源利用進(jìn)行充分的分析論證，根據(jù)水文資料，中軍潭電站壩址多年平均流量為107m3/s，已引用水流量為84.80m3/s，經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算在引水渠道斷面的基礎(chǔ)上采取渠道全線(xiàn)防滲三面光處理，可使過(guò)水能力達(dá)105m3/s，從水文條件及引水設(shè)施基礎(chǔ)條件上具有增容的余量。

3.2 機(jī)組原有基礎(chǔ)和土建基礎(chǔ)具備增效擴(kuò)容條件

機(jī)組原有基礎(chǔ)和土建基礎(chǔ)，結(jié)合水力條件，可增容到2×4500kW,但需加高定子、轉(zhuǎn)子高度，引起機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件的加長(zhǎng)，且滿(mǎn)2×4500kW運(yùn)行時(shí)間段短，利用率不高；機(jī)組增容為2×4000kW,機(jī)組滿(mǎn)2×4000kW運(yùn)行的時(shí)間段較長(zhǎng)，且按照機(jī)組設(shè)計(jì)余量可在較短的時(shí)段內(nèi)以4500kW運(yùn)行，故年利用率更高，且機(jī)組基本尺寸不變。

4 “增效、擴(kuò)容”方案

原水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)效率只有86%，利用新技術(shù)、新材料、新工藝制造生產(chǎn)的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪效率高達(dá)90%以上，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的更新改造可提高效率4%以上。 經(jīng)過(guò)論證，確定增容改造為2×4000kW,更換水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，提高水輪機(jī)效率和出力；更換加大定轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈截面和加長(zhǎng)鐵芯、更換絕緣為F級(jí)，增加發(fā)電機(jī)組容量，改善發(fā)電機(jī)組性能，降低發(fā)電機(jī)運(yùn)行溫度；引水渠道三面光處理，增加渠道過(guò)水能力。

4.1 電站特征參數(shù)

電站的水位和凈水頭等特征參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 中軍潭水電站主要特征參數(shù) 單位：m

4.2 改造前后水輪機(jī)主要參數(shù)

技術(shù)改造前、后1號(hào)～2號(hào)水輪機(jī)基本參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 中軍潭水電站改造前后1～2號(hào)水輪機(jī)主要參數(shù)

4.3 改造前后轉(zhuǎn)輪特性曲線(xiàn)

技術(shù)改造前后轉(zhuǎn)輪特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖1、圖2。

5 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪改造前后轉(zhuǎn)輪特性對(duì)比分析

a.效率比較。ZZK283/400-LH-250在發(fā)4000kW時(shí)的效率比ZZ560a-LH-250發(fā)3750kW時(shí)的效率高出4%。

b.汽蝕性能比較。ZZK283/400-LH-250在發(fā)4000kW時(shí)的汽蝕系數(shù)與ZZ560a-LH-250發(fā)3750kW時(shí)的汽蝕系數(shù)相當(dāng)，即相對(duì)于ZZ560a-LH-250轉(zhuǎn)輪，ZZK283/400-LH-250轉(zhuǎn)輪能更加穩(wěn)定地運(yùn)行在出力比較高的工況中。

圖1 ZZ560a-LH-250型轉(zhuǎn)輪的運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線(xiàn)

圖2 ZZK283/400-LH-250型轉(zhuǎn)輪的運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線(xiàn)

c.超發(fā)性能。ZZK283/400-LH-250的超發(fā)性能明顯要高于ZZ560a-LH-250。

6 更新改造后成效

原水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪為ZZ60a-LH-250,轉(zhuǎn)輪葉片為45號(hào)鋼，額定效率86%，最高效率89%，額定流量為37.40m3/s,更換為ZZK283/400-LH-250不銹鋼轉(zhuǎn)輪，額定效率90%，最高效率92%，額定流量38.20m3/s；原發(fā)電機(jī)組為SF3750-28/3900,改造為SF4000-28/3900的發(fā)電機(jī)組，工程改造后成效明顯。

6.1 實(shí)現(xiàn)了中軍潭水電站增效擴(kuò)容改造的預(yù)期目的

機(jī)組增容技術(shù)改造和引水渠道過(guò)水性能的改造，實(shí)現(xiàn)了中軍潭水電站增效擴(kuò)容改造的預(yù)期目的，投產(chǎn)以來(lái)，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到規(guī)范要求，機(jī)組能出力在4000kW負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行,經(jīng)運(yùn)行對(duì)比分析，在豐水期河流水在設(shè)計(jì)正常蓄水位下，電站發(fā)電總出力達(dá)到9000kW,比改造前增加出力1100kW。經(jīng)一年的發(fā)電運(yùn)行分析，增效擴(kuò)容改造后年增加發(fā)電量780萬(wàn)kW·h,增長(zhǎng)20%以上。

6.2 改造工程從根本上消除了長(zhǎng)期以來(lái)困擾電站的安全隱患

通過(guò)改造更換并增加定子轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈截面及升級(jí)絕緣為F級(jí)、更換鐵芯并增加鐵芯長(zhǎng)度、更新空氣冷卻器和增加冷卻容量等，終于徹底解決了這一歷年困繞發(fā)電生產(chǎn)的難點(diǎn)問(wèn)題，經(jīng)改造后發(fā)電機(jī)定子線(xiàn)圈最高溫度僅為90℃，比改造前降低了35℃，發(fā)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)均能達(dá)到額定參數(shù)運(yùn)行，發(fā)電機(jī)組的降溫改造也從中促進(jìn)生產(chǎn)環(huán)境溫度的改善。

原引水渠道沿線(xiàn)三面(渠側(cè)及渠底)均有滲漏水，沿渠邊巡查可聽(tīng)到水從渠內(nèi)往渠外滲冒的聲音，滲漏造成渠邊、渠底的掏空坍塌，多年來(lái)電站不斷的修修補(bǔ)補(bǔ)，多次組織塌方搶險(xiǎn)搶修，不僅影響發(fā)電生產(chǎn)，對(duì)沿渠的農(nóng)田農(nóng)作物損害影響較大，曾有導(dǎo)致群眾到電站索賠事件；本次增效擴(kuò)容改造工程對(duì)渠道全線(xiàn)全面的進(jìn)行維護(hù)維修，渠道內(nèi)側(cè)得到重新砂漿批面防滲、渠底采取混凝土加固處理、多處掏空坍塌的渠底渠側(cè)進(jìn)行了混凝土灌漿和混凝土擋墻或毛石混凝土墻處理，經(jīng)改造施工后渠道全線(xiàn)全面防滲和除險(xiǎn)加固，長(zhǎng)年潛在的隱患全面消除。優(yōu)化設(shè)備布局，提高安全生產(chǎn)水平。增效擴(kuò)容改造前中軍潭水電站廠(chǎng)房各層的地面空間不夠?qū)捲＃荒軡M(mǎn)足設(shè)備檢修維護(hù)期間的現(xiàn)場(chǎng)定置管理要求和安全需要，為此改造工程需對(duì)廠(chǎng)房空間和設(shè)備布局進(jìn)行優(yōu)化，為拓寬非設(shè)備區(qū)空間，在原廠(chǎng)房外的右側(cè)建造了副廠(chǎng)房，將原設(shè)置于廠(chǎng)房?jī)?nèi)的中控室及設(shè)備盤(pán)柜和原設(shè)置于水機(jī)層的高壓設(shè)備盤(pán)柜均移到新建副廠(chǎng)房，將發(fā)電機(jī)層機(jī)旁盤(pán)往尾水側(cè)移置，拓寬了發(fā)電機(jī)組周邊空間和水機(jī)層非設(shè)備空間，改造后廠(chǎng)房更寬敞、布局更簡(jiǎn)潔、監(jiān)控更集中、環(huán)境更安全，減小機(jī)組噪音對(duì)值班人員身心健康的危害。

7 結(jié) 語(yǔ)

中軍潭水電站增效擴(kuò)容改造工程的實(shí)施，提高了水能的利用率和電站經(jīng)濟(jì)效益，提升了電站安全生產(chǎn)水平，確保值班人員身心健康。目前，我國(guó)有待開(kāi)發(fā)水利資源逐步減少，而且新電站投資大、周期長(zhǎng)，而老電站增效擴(kuò)容改造由于不需要再建大壩等水工建筑物，故投資少、周期短、收益大。因此，水電站增效擴(kuò)容改造是一項(xiàng)投入少產(chǎn)出多效益顯著的項(xiàng)目，是提高水電站運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性的最主要方向。中軍潭水電站的成功改造，值得其他類(lèi)似水電站參考和借鑒。

Construction Actual Effect of Efficiency Improvement and Capacity Expansion Reconstruction Project in Zhongjuntan Hydropower Station

XU Linbo1, LI Weiping2

(1.RuralHydropowerandElectrificationDevelopmentBureauinGuangxiZhuangAutonomousRegion,Nanning530023,China; 2.GuangxiAgriculturalInvestmentGroupDaxinPowerGenerationBranch,Chongzuo532300,China)

Zhongjuntan Hydropower Station was put into operation in 1993. The hydropower station has the following problems after operating for more than 20 years: aging facilities and electromechanical equipment, decreasing operation parameters and rising failure rate, etc. In addition, normal operation of the hydropower station is affected due to defect in the power generator, and water resources are not fully utilized. In the paper, influence output and efficiency potential before efficiency improvement and capacity expansion reconstruction of the hydropower station are analyzed, and the measures for ‘efficiency improvement and capacity expansion’ reconstruction are determined. The unit output and efficiency of the hydropower station are greatly improved according to actual operation verification after reconstruction. The safety, reliability and economic benefits are greatly improved.

Zhongjuntan Hydropower Station; efficiency improvement and capacity expansion; technical renovation

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.07.009

TV734

A

1673-8241(2017)07- 0027- 04