麻陽二級電站報(bào)廢重建方案探討

陳慧妃

(武義縣水利水電勘測設(shè)計(jì)所 321200)

陳法根

(武義縣河道堤防管理所 321200)

1 工程概況

麻陽二級電站為跨流域開發(fā)的梯級引水式電站，現(xiàn)總裝機(jī)容量為3700kW。龍?zhí)端畮鞛槁殛栆?、二級電站年徑流調(diào)節(jié)水庫，總庫容273萬m3。原麻陽二級電站于1977年底建成投產(chǎn)，位于武義縣白姆鄉(xiāng)麻陽，引水口在一級電站尾水上的龍?zhí)断到y(tǒng)總長4756m。壓力水管的上游水位492.44m，下游水位206.45m，電站靜水頭286m，現(xiàn)二級電站安裝兩臺單機(jī)容量為1600kW的水斗式水輪發(fā)電機(jī)組，設(shè)計(jì)年均發(fā)電量為1000萬kW·h。根據(jù)電站運(yùn)行記錄統(tǒng)計(jì)，多年平均發(fā)電量為1312萬kW·h，超過了設(shè)計(jì)發(fā)電量且輻度較大。因此擬對電站報(bào)廢重建，通過整修維護(hù)水工建筑物，擴(kuò)大明渠斷面及引水鋼管直徑，將引水流量從1.5m3/s增加至2.0m3/s，更換水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及其配套輔助設(shè)備，工程總投資1056萬元。電站報(bào)廢重建投產(chǎn)后電站保證出力2105kW，年發(fā)電量1339.2萬kW·h，設(shè)備年利用小時數(shù)為4000h。

2 電站報(bào)廢重建的必要性

麻陽二級電站投產(chǎn)至今運(yùn)行33年，機(jī)電設(shè)備已達(dá)到報(bào)廢年限，機(jī)組及其附屬設(shè)備、電氣配套設(shè)備雖經(jīng)多次檢修，性能仍然達(dá)不到規(guī)范要求，電站存在重大的安全事故隱患。同時麻陽一、二級電站裝機(jī)容量偏小，龍?zhí)端畮烀磕陾壦窟_(dá)350萬m3，造成水力資源浪費(fèi)，影響電站的經(jīng)濟(jì)效益。為了改變電站設(shè)備陳舊落后的現(xiàn)狀，確保電站安全運(yùn)行，提高電站發(fā)電效益，麻陽二級電站報(bào)廢重建是必要的。

3 水能計(jì)算及電站增容規(guī)模

龍?zhí)端畮焖诘囟嗄昶骄涤炅繛?785mm，徑流深為1100m。二級電站引水隧洞和明渠過水流量為1.8～2.0m3/s，壓力水管為鋼絲網(wǎng)壓力管，原二級電站設(shè)計(jì)流量為1.5m3/s，流速已達(dá)2.984m3/s，超出鋼絲網(wǎng)壓力管經(jīng)濟(jì)流速范圍，二級電站增容的條件因此受到限制。通過計(jì)算確定二級電站報(bào)廢重建的裝機(jī)容量由2×1600kW增容至2×2000kW，報(bào)廢重建后年發(fā)電量為1339.2萬kW·h，年增加發(fā)電量60萬kW·h。

4 電站報(bào)廢重建方案

4.1 水力機(jī)械

4.1.1 水輪機(jī)部分

a.水輪機(jī)額定水頭選擇。電站上游正常水位492.44m，水輪機(jī)中心高程206.45m，引水系統(tǒng)水頭損失為 hf=6.738Q2(m)，電站兩臺機(jī)發(fā)額定出力2000kW時，引水流量為1.854m3/s，引水系統(tǒng)損失為23.2m，此時水輪機(jī)凈水頭為262.8m。為保證電站汛期能滿足裝機(jī)容量并使機(jī)組具有一定的超發(fā)能力，選擇水輪機(jī)額定水頭為262.0m。

b.水輪機(jī)選型。麻陽二級電站1、2號機(jī)原水輪機(jī)型號為QJ—W—116/13.5，原水輪機(jī)能夠滿足水電站裝機(jī)增容至2×2000kW的要求。但由于該水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪(型號Y1，即CJ22)是我國于20世紀(jì)40年代從美國引進(jìn)的，總的能量指標(biāo)偏低，模型轉(zhuǎn)輪最優(yōu)效率只有86.7%，已屬淘汰產(chǎn)品。機(jī)組經(jīng)過30多年的運(yùn)行，水輪機(jī)空蝕嚴(yán)重，效率下降。

水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪性能參數(shù)比較表

上表中的CJ22(Y1)轉(zhuǎn)輪是1978年中小型水電行業(yè)會議審批的《中小型沖擊式水輪機(jī)暫行系列型譜》中的轉(zhuǎn)輪，存在水輪機(jī)效率較低(模型最高效率只有86.7%)、振動噪聲較大、噴嘴口及水斗空蝕磨損較嚴(yán)重等問題。CJA237、CJA475轉(zhuǎn)輪為某電機(jī)研究所引進(jìn)吸收國外技術(shù)研制并已通過模型試驗(yàn)的轉(zhuǎn)輪。CJA475轉(zhuǎn)輪較CJA237轉(zhuǎn)輪效率略高，單位流量大，在云南以禮河電站投入真機(jī)運(yùn)行，但由于制造上的缺陷，轉(zhuǎn)輪運(yùn)行一段時間后發(fā)生了斷斗事故。CJA237轉(zhuǎn)輪自1985年試驗(yàn)成功后，在我國使用的時間較長，使用的電站較多，制造廠家已積累了一定的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)。因此，該電站報(bào)廢重建工程水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪為CJA237轉(zhuǎn)輪。

通過比選，CJA237的模型轉(zhuǎn)輪能滿足要求，考慮真機(jī)與模型的直徑比不同，真機(jī)換算至模型的單位流量按= Q/[ ( dot/dom)2×/]計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，水輪機(jī)采用 CJA237—W—116/13.5型。另外，為了提高水輪機(jī)的強(qiáng)度和增強(qiáng)水輪機(jī)的抗空蝕能力，延長設(shè)備檢修間隔，轉(zhuǎn)輪采用1Cr13Ni4Mn不銹鋼整體鑄造。

4.1.2 發(fā)電機(jī)部分

水輪機(jī)出力由原1705kW增強(qiáng)到2105kW，為增加機(jī)組運(yùn)行利用率，充分利用水輪機(jī)的潛力，同時進(jìn)行了發(fā)電機(jī)的更換，合理增加發(fā)電機(jī)的容量。

原發(fā)電機(jī)線圈主絕緣為B/B級瀝青云母帶，絕緣層較厚。新發(fā)電機(jī)采用新型高壓薄絕緣結(jié)構(gòu)以增加導(dǎo)線截面，同時提高絕緣耐熱等級至F級。根據(jù)水輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和機(jī)組容量，配套SFW2000—12/1730型水輪發(fā)電機(jī)。

4.1.3 調(diào)速器更換

原調(diào)速器為機(jī)械液壓調(diào)速器，經(jīng)33年使用，調(diào)速器設(shè)備陳舊落后，存在自動調(diào)速不靈敏、操作失靈等問題，影響機(jī)組的安全運(yùn)行;同時考慮電站報(bào)廢重建后，電氣采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控，因此調(diào)速器作整體更換。電站報(bào)廢重建后，噴針接力器操作功約131kg·m，折向器接力器操作功約760kg·m。調(diào)速器選用CYWT—1型沖擊式微機(jī)調(diào)速器，調(diào)速器采用電氣柜、機(jī)械柜、油壓裝置三位一體組合式，油壓裝置額定工作油壓4.0MPa。

4.1.4 進(jìn)水閥更換及制動閥選型

為了保證水輪機(jī)安全可靠運(yùn)行，機(jī)組檢修時切斷水流及機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈時保護(hù)機(jī)組，現(xiàn)每臺水輪機(jī)前裝設(shè)一臺直徑為500mm的轉(zhuǎn)動式進(jìn)水閥，該進(jìn)水閥采用水壓驅(qū)動、手動控制，經(jīng)近30年使用，存在漏水嚴(yán)重等問題;同時考慮電站報(bào)廢重建后，電氣采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控，因此進(jìn)水閥做整體更換。根據(jù)電站的最大水頭，進(jìn)水閥選用 Z941T—40型電動閘閥，閘閥公稱直徑500mm，允許壓力4.0MPa。

機(jī)組停機(jī)制動利用水流沖擊水斗背面使機(jī)組停止轉(zhuǎn)動，水流由制動閥控制，原制動閥采用水壓驅(qū)動、手動控制，為實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動控制，新機(jī)組制動閥選用Z941T—40型電動閘閥，閘閥公稱直徑65mm，允許壓力4.0MPa。

4.1.5 橋式起重機(jī)更換

現(xiàn)廠房橋機(jī)的額定起吊重量為10t，而實(shí)際最重件重量為12t，橋機(jī)起吊能力不夠，應(yīng)予以更換。起重機(jī)選用電動葫蘆雙梁橋式起重機(jī)，起重量為16/3t，跨度為9.5m。

4.2 電工

a.接入系統(tǒng)方案。麻陽二級電站報(bào)廢重建后裝機(jī)為2×2000kW，經(jīng)過一臺S9—5000/35型變壓器升至35kW接入35kV母線與麻陽一級電站和麻陽三、四級電站一同送出，導(dǎo)線由LGJ—50改為LGJ—95。

b.電氣主接線。電站主變?yōu)橐慌_S9—5000/35型變壓器，主接線采用二機(jī)一變擴(kuò)大單元接線，經(jīng)主變升壓至35kV接入35kV母線。

c.變壓開關(guān)設(shè)備。將GG/A型固定式開關(guān)柜置換成 XGN2—10固定式開關(guān)柜 ZN28—10真空開關(guān)。另外，電站主變高壓側(cè)為35kV系統(tǒng)，其主開關(guān)DW型多油斷路器，現(xiàn)屬淘汰產(chǎn)品，重建后更換為LW8—35型SF6斷路器。

d.電源系統(tǒng)。電站廠用電配電柜采用GGD型全封閉固定式低壓配電屏，并設(shè)一臺SC—50/6型廠用變壓器接在電站6kV母線，設(shè)一臺SC—50/10型廠用變壓器，接在電站10kV母線。

e.勵磁系統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)全部更新，采用自并激PLC型微機(jī)勵磁系統(tǒng)配環(huán)氧澆鑄干式勵磁變。

f.控制保護(hù)系統(tǒng)。從小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢、電站的實(shí)際情況及長遠(yuǎn)發(fā)展考慮，該電站報(bào)廢重建后的監(jiān)控系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控。整個監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可靠性較高，可方便與系統(tǒng)調(diào)度實(shí)現(xiàn)四遙。同時還可減少運(yùn)行人員，減輕運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度。機(jī)旁采用LCU就地控制單元和PLC可編程控制器實(shí)現(xiàn)機(jī)組的開、停機(jī)操作，調(diào)整和顯示，LCU采用多CPU分布式、模塊化結(jié)構(gòu)。中控室主要通過操作計(jì)算機(jī)專用鍵盤完成對電站設(shè)備的控制、監(jiān)視和管理，主控端采用分層分布式結(jié)構(gòu)，預(yù)留與上級調(diào)度系統(tǒng)的接口及電站管理信息系統(tǒng)的接口。

5 結(jié)語

麻陽二級電站建成后資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，并在實(shí)現(xiàn)以電代柴、保護(hù)森林資源、減少水土流失、改善生態(tài)環(huán)境、加快武義縣電氣化建設(shè)中起到積極作用。