解析跋山水庫(kù)電站水輪發(fā)電機(jī)組增效擴(kuò)容改造論文
1 工程概況
跋山水庫(kù)位于淮河流域沂河干流中上游，山東省沂水縣城西北15km 大伴城村北，沂河與支流暖陽(yáng)河的匯流處，是1座以防洪為主，兼顧灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖等功能的大型水庫(kù)。水庫(kù)控制流域面積1 782km2，現(xiàn)狀總庫(kù)容5.28億m3。壩后電站總裝機(jī)容量5 000kW，位于放水洞下游，主要工程包括壓力管道、廠房、泄水閘、尾水渠、升壓站、開關(guān)站、油庫(kù)、水泵房、機(jī)修車間等。電站設(shè)計(jì)年發(fā)電量1 300萬(wàn)kW·h，多年平均發(fā)電量810萬(wàn)kW·h，年最高發(fā)電量1 760萬(wàn)kW·h。跋山水電站建于20世紀(jì)70年代，水輪機(jī)為HL123—LJ—120型混流式，性能落后，已列入小型水電站機(jī)電設(shè)備應(yīng)淘汰的產(chǎn)品目錄中;發(fā)電機(jī)為TSL—260/40—24型立式，出口電壓為3.15kV，效率低，B級(jí)絕緣，絕緣等級(jí)低。機(jī)組經(jīng)近40a運(yùn)行，轉(zhuǎn)輪氣蝕嚴(yán)重，水輪機(jī)出力下降，發(fā)電機(jī)絕緣老化嚴(yán)重，其綜合效率已非常低下，超過(guò)報(bào)廢年限，生產(chǎn)運(yùn)行存在很大的安全隱患。輔助設(shè)備已經(jīng)嚴(yán)重老化，管路銹蝕，閥門不能正常關(guān)閉，已難以滿足機(jī)組運(yùn)行需要。
2 水輪機(jī)改造
水庫(kù)興利水位178.00m，電站正常尾水位152.31m，設(shè)計(jì)水頭21.00m，最大水頭24.30m，最小水頭12.00m。水輪機(jī)葉輪型式為混流式，型號(hào)為HL3689—LJ—1200，共4臺(tái);其設(shè)計(jì)水頭Hr=21m，設(shè)計(jì)流量Qr=8.72m3/s，葉輪直徑1 200mm，額定轉(zhuǎn)速n=250r/min，額定效率η≥94.2%，額定出力1 600kW。氣蝕性能為在全工況范圍內(nèi)滿足安全穩(wěn)定運(yùn)行要求，旋轉(zhuǎn)方向與發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相同。這次改造增容到單機(jī)1 600kW，電壓等級(jí)從3.15kV升為6.3kV，水輪機(jī)流道不變。采取了更換轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)大修的原則。轉(zhuǎn)輪采用3689—120轉(zhuǎn)輪，可達(dá)到電站增容目標(biāo)。各機(jī)組在設(shè)計(jì)水頭、額定轉(zhuǎn)速及允許吸出高度范圍內(nèi)，水輪機(jī)出力不低于額定出力。在大于額定水頭條件，機(jī)組額定出力超過(guò)10%～15%范圍內(nèi)，水輪機(jī)應(yīng)保證持續(xù)安全運(yùn)行。水輪機(jī)能保證機(jī)組在75%～100%額定出力范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。
2.1 效率保證
機(jī)組在設(shè)計(jì)水頭21m，發(fā)出額定出力達(dá)到了1 600kW時(shí)，保證了原型水輪機(jī)的效率不低于94.2%。
2.2 對(duì)轉(zhuǎn)輪的技術(shù)要求
轉(zhuǎn)輪采用了抗氣蝕性能及抗磨性能良好，并保證在常溫下具有良好可焊性的不銹鋼材料(精煉ZG06Cr13Ni4Mo)模壓后焊成一體，葉片加工方式采用五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床加工，符合《混流泵、軸流泵開式葉片驗(yàn)收技術(shù)條件》(JB/T 5413)中的A級(jí)要求。葉片加工后過(guò)流表面光滑，無(wú)裂紋。葉片與轉(zhuǎn)輪室的間隙均勻，保證葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，盡量減少容積損失。另外，轉(zhuǎn)動(dòng)各部應(yīng)具有足夠強(qiáng)度以承受最大轉(zhuǎn)速、應(yīng)力，并具有足夠的剛度和抗疲勞強(qiáng)度，確保轉(zhuǎn)輪在周期性變動(dòng)荷載下不出現(xiàn)任何裂紋斷裂或有害變形。
2.3 出廠前試驗(yàn)
水輪機(jī)改造完后需進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：
(1)材料試驗(yàn)。水輪機(jī)的各主要零部件都應(yīng)經(jīng)過(guò)工作檢驗(yàn)，以證明其原材料在加工過(guò)程中無(wú)缺陷。
(2)性能試驗(yàn)。水輪機(jī)在制造廠內(nèi)應(yīng)進(jìn)行全性能試驗(yàn)，以證明其運(yùn)轉(zhuǎn)性能、參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)按《小型水輪機(jī)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程》(GB/T22140—2008)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行出廠試驗(yàn)。
(3)試運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。機(jī)組設(shè)備安裝完畢，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)安裝試驗(yàn)，對(duì)各附屬系統(tǒng)進(jìn)行單項(xiàng)調(diào)試和試運(yùn)行，在確信各系統(tǒng)設(shè)備已經(jīng)安裝調(diào)試就緒后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查并完成運(yùn)行試驗(yàn)，以確保設(shè)備安裝調(diào)試就緒，并能安全正常地投入連續(xù)運(yùn)行。
(4)振動(dòng)測(cè)量。證明其運(yùn)轉(zhuǎn)性能、參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，應(yīng)按《小型水輪機(jī)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程》(GB/T 22140—2008)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行出廠試驗(yàn)。如葉輪加工完成后，一方面在廠內(nèi)進(jìn)行了檢查并進(jìn)行機(jī)構(gòu)性能試驗(yàn)，提交檢查試驗(yàn)報(bào)告;另一方面在制造廠內(nèi)應(yīng)按ISO1940—73標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行靜平衡試驗(yàn)，
3 發(fā)電機(jī)改造
跋山水庫(kù)電站原發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF1250—24/2600，定、轉(zhuǎn)子線圈采用為B級(jí)絕緣，經(jīng)多年的運(yùn)行，線圈絕緣有不同程度的老化現(xiàn)象。為產(chǎn)生更高的經(jīng)濟(jì)效益，更換原機(jī)定轉(zhuǎn)子線圈，增容到1 600kW;改變?cè)谐鼍�電壓升壓到6 300V
3.1 發(fā)電機(jī)改造方案
發(fā)電機(jī)從1 250kW 增加至1 600kW，定轉(zhuǎn)子采用F級(jí)絕緣，定子增加23%的導(dǎo)線截面積。轉(zhuǎn)子線規(guī)利用增加導(dǎo)線匝數(shù)、加勵(lì)磁分量、提高出力等來(lái)減小溫升;增容后發(fā)電機(jī)運(yùn)行安全可靠，完全能滿足長(zhǎng)期安全運(yùn)行的要求。
3.2 定子線圈技改工藝
技改后導(dǎo)線采用雙玻璃絲扁銅線并繞而成，截面面積比原來(lái)增加23%。主絕緣采用高云母含量和低介損的'優(yōu)質(zhì)F級(jí)粉云母帶。匝間和對(duì)地絕緣模壓采用二次熱模壓加冷模定型和三次整形的特殊工藝，保證了線圈主絕緣厚度的均勻性和一致性，大大提高了線圈的耐壓水平。同時(shí)，線圈的外形一致性非常好，下線后整齊漂亮，通風(fēng)又好。線圈表面設(shè)有高低阻值的半導(dǎo)體防電暈，有效的改善了端部的電場(chǎng)分布。
3.3 定子線圈下線
下線嚴(yán)格按圈式線圈下線工藝進(jìn)行。線圈綁扎繩采用目前大電機(jī)上采用的滌玻繩材料，它具有綁扎牢固、通風(fēng)好等優(yōu)點(diǎn)。槽內(nèi)墊條均采用半導(dǎo)體材料。嵌線完畢，按國(guó)標(biāo)新機(jī)組規(guī)定值進(jìn)行電氣試驗(yàn);試驗(yàn)合格后，按工藝要求整體絕緣處理。最后外表面再噴一層防潮、防霉F級(jí)覆蓋漆。
3.4 轉(zhuǎn)子改造要點(diǎn)
轉(zhuǎn)子線原為扁銅排繞制而成。線圈根據(jù)目前新F級(jí)絕緣規(guī)范計(jì)算，匝數(shù)增加了3匝，繞好后的轉(zhuǎn)子線圈進(jìn)行無(wú)氧退火處理，軟化線圈和消除應(yīng)力后，再進(jìn)行了冷壓整形→ 去毛→ 清理→ 墊F級(jí)匝間絕緣→ 熱壓固化→ 清鏟→ 試驗(yàn)等工序。轉(zhuǎn)子線圈與鐵芯裝配前進(jìn)行稱重搭配，機(jī)身絕緣也更換為F級(jí)，并采用了900翻角結(jié)構(gòu)，有效增加了線圈對(duì)地爬電距離，避免了機(jī)組運(yùn)行長(zhǎng)久后內(nèi)部積灰而造成絕緣電阻下降。磁極掛裝時(shí)，按重量對(duì)稱布置。斜鍵打緊后，須保證磁極鐵芯與軛面緊貼，絕緣托板與線圈壓緊，以及轉(zhuǎn)子外圓尺寸符合要求，完工后進(jìn)行轉(zhuǎn)子線圈對(duì)地耐壓試驗(yàn)和交流阻抗試驗(yàn)。
3.5 改造后發(fā)電機(jī)效果
定子繞組匝數(shù)不變，增容后各部磁通密度不變，因此定子鐵芯通過(guò)清理和局部處理試驗(yàn)后，其溫升不會(huì)超過(guò)原值。
發(fā)電機(jī)通過(guò)定、轉(zhuǎn)子線圈改造后，當(dāng)出力為1 600kW 時(shí)，定子溫升為49 ℃，轉(zhuǎn)子溫升為56℃。技改后定、轉(zhuǎn)子線圈均采用F 級(jí)絕緣，按《水輪發(fā)電機(jī)基本技術(shù)條件》(GB 7894—2001)規(guī)定，F(xiàn)級(jí)絕緣定子允許最高運(yùn)行溫升為100℃，轉(zhuǎn)子允許最高運(yùn)行溫升為100℃。其允許使用溫度比原機(jī)組可提高20℃，因此發(fā)電機(jī)擴(kuò)容技改后，其運(yùn)行溫度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于允許最高運(yùn)行溫度，機(jī)組安全運(yùn)行得到了可靠保證。機(jī)械部分增容后，主軸強(qiáng)度，軸承負(fù)荷、機(jī)座剛度等均能滿足增容要求。
4 結(jié) 語(yǔ)
綜上所述，跋山水庫(kù)水電站4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)單機(jī)從1 250kW 增容到1 600kW 后，年發(fā)電量平均增加25%，達(dá)到了增效擴(kuò)容的理想效果。
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