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        中型水庫壩后式電站技改相關(guān)問題探討
        ——以里畈水庫二級電站為例

        2021-02-25 07:26:24何正華
        小水電 2021年1期
        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)輪水輪機(jī)水頭

        何正華

        (杭州市臨安區(qū)水利水電局,浙江 杭州 311300)

        1 工程概況

        里畈水庫位于浙江省臨安區(qū)太湖源鎮(zhèn)里畈村,屬南苕溪上游,距下游臨安城區(qū)19.5 km。水庫始建于1966年10月,原是1座高50 m,總庫容855萬m3的小(1)型水庫。擴(kuò)建工程于1993年1月8日展開,1996年1月8日基本完工。擴(kuò)建后壩高72 m,總庫容2 094萬m3,是1座以防洪為主,結(jié)合灌溉、供水、發(fā)電等綜合利用的中型水庫。

        里畈水庫由攔河大壩(含壩頂溢洪道)、泄洪發(fā)電洞和發(fā)電站等組成。大壩為混凝土砌石重力壩,最大壩高72 m,壩頂長265 m,壩頂高程242.0 m,壩頂防浪墻高程242.80 m。

        里畈水庫擴(kuò)建后在大壩下游左側(cè)新建里畈二級電站,1997年建成投產(chǎn),設(shè)計(jì)水頭45.0 m,流量6.76 m3/s,裝有2臺1 250 kW的臥式混流發(fā)電機(jī)組,水輪機(jī)型號為HLA616—WJ—71,發(fā)電機(jī)型號為SFW1250—8/1430。二級站廠區(qū)主要建筑物有發(fā)電引水隧洞、壓力鋼管、發(fā)電廠房、尾水渠、戶外開關(guān)站和進(jìn)廠公路等。

        2 電站現(xiàn)狀

        里畈二級電站投產(chǎn)運(yùn)行多年來,陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些問題,因此,2012年委托浙江省水科院對水庫大壩進(jìn)行安全鑒定。經(jīng)專家分析和相關(guān)試驗(yàn),里畈二級電站存在的主要問題如下:

        2.1 發(fā)電隧洞閘門及啟閉系統(tǒng)存在安全隱患

        泄洪發(fā)電隧洞進(jìn)口事故檢修閘門門體銹蝕嚴(yán)重、強(qiáng)度不夠,需加固和除銹處理;啟閉液壓系統(tǒng)老化嚴(yán)重,需更新。泄洪發(fā)電隧洞出口泄洪工作閘門弧形門體強(qiáng)度不夠,需加固除銹處理;啟閉液壓系統(tǒng)老化嚴(yán)重,需更新。

        2.2 水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀況差

        水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行時,機(jī)組振動和噪聲偏大,水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪氣蝕嚴(yán)重并造成磨損嚴(yán)重;部分葉片出現(xiàn)裂紋,機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定;軸系擺動過大,在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)水導(dǎo)軸燒毀等事故。

        2.3 電氣設(shè)備老化嚴(yán)重

        電站大部分的電氣設(shè)備陳舊老化,效益低下,損耗量大,屬淘汰產(chǎn)品,包括主變壓器、廠用變、戶內(nèi)6 kV開關(guān)柜纜,直流系統(tǒng)應(yīng)全部更新。操作臺自動化程度低,技術(shù)落后,可靠性差,應(yīng)全部更換為新的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。現(xiàn)保護(hù)屏內(nèi)各類繼電器、儀表陳舊,需全部更換為微機(jī)型保護(hù)裝置。廠用電控制屏現(xiàn)狀采用PL和PK型屏柜,屬淘汰型產(chǎn)品,應(yīng)全部更換成先進(jìn)的抽屜柜。

        3 技改方案的確定

        根據(jù)水庫安全鑒定時發(fā)現(xiàn)的問題,水庫管理所于2013年委托設(shè)計(jì)單位進(jìn)行專項(xiàng)初步設(shè)計(jì)。運(yùn)行單位和設(shè)計(jì)單位的技術(shù)人員著重對水輪發(fā)電機(jī)組存在的問題進(jìn)行仔細(xì)分析研究,以確定技術(shù)改造方案。

        3.1 水輪機(jī)額定水頭選取

        目前,電站水輪機(jī)組運(yùn)行狀況差,效率低及轉(zhuǎn)輪氣蝕嚴(yán)重和機(jī)組運(yùn)行工況有直接關(guān)系,而機(jī)組的額定水頭選取最關(guān)鍵。

        根據(jù)電站實(shí)際運(yùn)行統(tǒng)計(jì),里畈水庫上游水位在223.0~236.73 m之間,電站正常發(fā)電水位為228~232 m的時候機(jī)組運(yùn)行時間較長,所以機(jī)組額定水頭應(yīng)在50.7~54.7 m間選取,故選取平均水頭為52.7 m。根據(jù)電站引水系統(tǒng),復(fù)算電站在2臺機(jī)組滿發(fā)時引水系統(tǒng)水頭損失為1.52 m;故本次改造推薦機(jī)組額定水頭Hr=51 m;所以電站原機(jī)組設(shè)計(jì)水頭為45 m是不合理的。

        復(fù)核機(jī)組最大水頭與額定水頭比為Hmax/Hr=1.16,最小水頭與額定水頭比為Hmin/Hr=0.9,均符合機(jī)組選型要求。

        3.2 水輪機(jī)組改造方案

        本次電站技術(shù)改造不改變廠房水輪機(jī)發(fā)動機(jī)組基本布置,不更換機(jī)組進(jìn)水彎管及尾水管等機(jī)組處理件,故新轉(zhuǎn)輪的選擇應(yīng)盡量與原機(jī)組部件相配套。在不增加電站引用流量的條件下,通過更換高效率新型轉(zhuǎn)輪,與電站實(shí)際運(yùn)行工況相匹配,提高電站機(jī)組的出力能力,達(dá)到或超過電站原裝機(jī)設(shè)計(jì)要求,改善水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪氣蝕與機(jī)組振動,減少機(jī)組運(yùn)行噪聲等問題;并通過改進(jìn)水輪發(fā)動機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),徹底消除原水導(dǎo)軸承燒毀等事故現(xiàn)象,減少機(jī)組的檢修和維護(hù)強(qiáng)度,使電站獲得最大的發(fā)電效益。

        從本工程的實(shí)際運(yùn)行情況看,適合于機(jī)組改造的轉(zhuǎn)輪有HLA743及HLA696兩種型號,選用HLA696轉(zhuǎn)輪在額定水頭51.0 m時與原機(jī)組的性能比較如下所示(見表1)。

        表1 HLA696改造方案與原機(jī)組的性能比較

        經(jīng)對比計(jì)算,選擇HLA696—71轉(zhuǎn)輪可滿足技術(shù)改造要求。本次改造后轉(zhuǎn)輪允許吸出高度為3.73 m,抗氣蝕余量大,機(jī)組工況優(yōu),其他各項(xiàng)性能均優(yōu)于改造前機(jī)組。

        3.3 發(fā)電機(jī)組改造方案

        根據(jù)水輪機(jī)出力要求及當(dāng)前水輪發(fā)動機(jī)組制造水平,要求改造后發(fā)電機(jī)額定效率不得低于94%;另外為方便機(jī)組的檢修和維護(hù),將整個機(jī)組由三支點(diǎn)改為兩支點(diǎn);因此需要更換全部發(fā)動機(jī)組,包括機(jī)組機(jī)座、定子裝配、軸承裝配等所有機(jī)組零部件,發(fā)電機(jī)采用國內(nèi)成熟產(chǎn)品SFW1250—8/1480。

        電站其他方面的技改包括電氣設(shè)備改造、升壓站改造、輸電線路改造以及閘門門體及液壓啟閉系統(tǒng)改造。

        4 幾點(diǎn)建議

        4.1 前期工作要及時到位

        前期工作包括電站現(xiàn)狀存在問題鑒定、技術(shù)改造初步設(shè)計(jì)編制、項(xiàng)目報(bào)批立項(xiàng)、施工招標(biāo)設(shè)計(jì)、施工安裝和設(shè)備采購招投標(biāo),確定施工、安裝中標(biāo)單位和設(shè)備供應(yīng)商。而作為運(yùn)行中的中型水庫,在電站技改過程中水庫仍需要向下游供水并承擔(dān)原有的防洪抗旱任務(wù),為此電站技改前期工作必須及時、充分、到位;這些前期工作的完成至少需要1年左右時間。從防洪和電站發(fā)電效益考慮,電站技改施工期宜放在當(dāng)年的非汛期(當(dāng)年10月15日~次年4月15日),應(yīng)在入汛前完成。電站技改施工期時間緊湊,所有的前期工作必須在當(dāng)年的10月15日前完成。

        里畈二級電站技改是2012年底完成安全鑒定,2014年1月委托初步設(shè)計(jì),2014年6月完成初步設(shè)計(jì),2014年7月完成項(xiàng)目報(bào)批立項(xiàng),2014年10月15前完成各分項(xiàng)的設(shè)備采購招標(biāo)和施工安裝招標(biāo)。

        電站技改是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求,關(guān)鍵在于電站設(shè)備招標(biāo)環(huán)節(jié),本次技改項(xiàng)目標(biāo)劃分水輪發(fā)電機(jī)組(包括進(jìn)水閥、勵磁、調(diào)速器)、電氣二次控制系統(tǒng)、高壓電氣系統(tǒng)(包括主變壓器、廠用變、高壓開關(guān)柜)等3個主標(biāo)。另外,電站進(jìn)水泄洪檢修事故閘門和弧形工作閘門的改造為1個標(biāo)(包括液壓啟閉設(shè)備采購)。這些設(shè)備采購招標(biāo)文件編制時,注重了技術(shù)上的要求,設(shè)定技術(shù)分占50%,企業(yè)信用分占10%,商務(wù)分占40%,以便采購到價格合理、設(shè)備優(yōu)良的產(chǎn)品。

        4.2 查找問題要精準(zhǔn),解決問題要科學(xué)

        一般來說,中型水庫配套電站裝機(jī)不大,但配套設(shè)施設(shè)備多,技改中碰到的問題也多,特別是進(jìn)水閘門、泄洪閘門等設(shè)備改造復(fù)雜;為此委托了技術(shù)單位先對電站進(jìn)行安全鑒定,并委托原設(shè)計(jì)單位承擔(dān)電站技改初步設(shè)計(jì)和招標(biāo)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中,設(shè)計(jì)單位認(rèn)真聽取并采納了運(yùn)行單位的意見,比如,水庫實(shí)際運(yùn)行水位是228~232 m之間時間最多,電站原選取的設(shè)計(jì)水頭45.0 m明顯不合理;在維護(hù)和維修時,三支點(diǎn)機(jī)組結(jié)構(gòu)明顯不合理,后改為兩支點(diǎn)。合理科學(xué)的技改設(shè)計(jì)、優(yōu)良設(shè)備的采購,為電站技改成功打下了良好的基礎(chǔ)。

        4.3 精心組織施工,確保技改項(xiàng)目按時完成

        中型水庫壩后式電站技改施工期間,水庫運(yùn)行不能停止,防洪、供水功能需要正常運(yùn)作。為盡可能減少電站技改對水庫防洪、供水、發(fā)電的影響,施工期間應(yīng)安排在非汛期進(jìn)行,工期只有6個月,時間較緊。因此,水庫運(yùn)行管理單位應(yīng)精心組織施工,合理安排每道工序的展開,根據(jù)每道工序之間的順序關(guān)系及其所需要的時間,控制關(guān)鍵時間節(jié)點(diǎn),精心組織施工,才能如期完成技改工程。

        5 結(jié) 語

        里畈二級電站技改后已運(yùn)行了5 a,經(jīng)測算電站效率提高了17%,電站各分類設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、安全;并且電站二次控制設(shè)備已達(dá)到可無人值班的水平。

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