艷洲水電站增效擴(kuò)容改造工程的初步思路

劉小平

湖南澧縣艷洲水利水電工程管理局

艷洲水電站增效擴(kuò)容改造工程的初步思路

劉小平

湖南澧縣艷洲水利水電工程管理局

以機(jī)組增容為主的改造工程符合艷洲水電站的實(shí)際情況,也符合國(guó)家大政方針,可為艷洲水電站帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益,是一種投資省、見效快的有效方法。

前 言

艷洲水電站位于湖南澧水尾端，距澧縣縣城5公里，是澧水水電梯級(jí)開發(fā)的最末一級(jí)電站。電站以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)、公路交通和灌溉。電站大壩以上控制流域面積15955平方公里，占澧水流域總面積的83.9%，多年平均流量495m3/s，正常蓄水位42.00米。電站裝機(jī)（1x2500+9x3000）kw。屬于低水頭河床式徑流電站。電站設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量1.0901億kwh，保證出力6700kw，年利用小時(shí)3695h。艷洲水電站工程于上世紀(jì)九十年代初建設(shè)完成。

1 增容改造工程的可行性和必要性

近年來(lái)，澧水上游陸續(xù)修建了幾座大型水利工程，極大提高了澧水的調(diào)蓄和防洪能力，使作為澧水最末一級(jí)電站的艷洲水電站經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)大量棄水的情況。機(jī)組從93年運(yùn)行到現(xiàn)在已經(jīng)近二十年，因當(dāng)初的設(shè)計(jì)與現(xiàn)在的實(shí)際運(yùn)行工況已有了很大差距，因此具備了進(jìn)一步提高電站發(fā)電能力的現(xiàn)實(shí)和技術(shù)條件。

首先，由于近幾年大電網(wǎng)對(duì)地方電網(wǎng)實(shí)行峰、谷電價(jià)和峰電超計(jì)劃加價(jià)政策，讓電網(wǎng)中調(diào)節(jié)性能較好的電站實(shí)行頂峰發(fā)電，多發(fā)峰電，少發(fā)谷電，將會(huì)顯著提高地方網(wǎng)的負(fù)荷率和經(jīng)濟(jì)效益。

其次，發(fā)電機(jī)組運(yùn)行十多年后，發(fā)電機(jī)定子繞組的絕緣老化比較嚴(yán)重，這包括：a)熱老化(因溫升而老化)；b)機(jī)械老化(因熱循環(huán)產(chǎn)生交變應(yīng)力而老化)；c)電氣老化(因過(guò)電壓而老化)；d)環(huán)境老化(因吸濕、污損而老化)。在這些因素的綜合作用下，絕緣老化會(huì)進(jìn)一步加劇甚至造成定子繞組主絕緣擊穿。

再次，電站原有的機(jī)電主設(shè)備和附屬設(shè)備都普遍存在嚴(yán)重磨損、銹蝕、老化的情況，效率下降明顯，且部分設(shè)備已被淘汰，故障率高，且備品備件已難以組織，運(yùn)行維護(hù)成本越來(lái)越高。

因此，為了提高電站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，提高電站的自動(dòng)化程度，從而提高電站的整體效率，對(duì)電站機(jī)組和機(jī)電設(shè)備進(jìn)行增效擴(kuò)容改造已是十分必要。

2 增效擴(kuò)容改造工程的基本內(nèi)容

對(duì)于此次機(jī)電設(shè)備增效擴(kuò)容改造工程的基本內(nèi)容應(yīng)從下面幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：

1） 本次改造應(yīng)在盡量保持原水工建筑物不變的前提下進(jìn)行。但要對(duì)澧水流域的水文資料、氣象狀況及上游新建水利工程的資料等進(jìn)行全面的收集和復(fù)核；

2）改造的內(nèi)容應(yīng)以機(jī)電設(shè)備更新改造為重點(diǎn)，并對(duì)影響電站工程安全、發(fā)電、河道生態(tài)環(huán)境的水工設(shè)施、建筑物及金屬結(jié)構(gòu)等進(jìn)行必要的改造，消除已經(jīng)出現(xiàn)的各種工程隱患。

3）在不改變引水系統(tǒng)及水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑的前提下，應(yīng)優(yōu)先選用能量指標(biāo)先進(jìn)、空蝕特性優(yōu)良、運(yùn)行穩(wěn)定性好，并有改造成功實(shí)例的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。全部機(jī)組的水輪機(jī)選型應(yīng)考慮軸流轉(zhuǎn)漿式，且各機(jī)組應(yīng)選用同一型號(hào)產(chǎn)品。改造后單機(jī)額定引用流量約為60.3m3/s左右,加權(quán)平均水頭約7.2m，最低水頭不超過(guò)4m。

4）發(fā)電機(jī)的改造應(yīng)與水輪機(jī)相匹配，機(jī)組的整體設(shè)計(jì)出力應(yīng)考慮增容10%以上。機(jī)座、上、下機(jī)架不動(dòng)，更換定子鐵芯及線圈，絕緣等級(jí)可采用F級(jí)。考慮到機(jī)組增容，推力軸瓦負(fù)荷增加，擬將原推力瓦改造為彈性金屬塑料瓦。徑向瓦負(fù)荷增加不多，可考慮不更換。

5）勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)滿足機(jī)組自動(dòng)化要求，可考慮采用自并勵(lì)可控硅全控雙橋整流勵(lì)磁系統(tǒng)，微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)滿足發(fā)電、同期等各種工況的要求，并具有與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信的接口。勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)相對(duì)簡(jiǎn)單，勵(lì)磁控制方式應(yīng)先進(jìn)，運(yùn)行維護(hù)應(yīng)方便，能提供今后進(jìn)一步更新改造的空間。

6）加裝配置全套機(jī)組自動(dòng)化元件，應(yīng)能滿足計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的需要。

7）調(diào)速器及油壓裝置應(yīng)更新改造，采用微機(jī)控制的調(diào)速器，以提高調(diào)速器自動(dòng)化程度，便于與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相配合。

8）對(duì)油、氣、水等公用輔助設(shè)備系統(tǒng)也應(yīng)作相應(yīng)的改造，增加相應(yīng)的自動(dòng)化元件，以便與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相配套。

9）對(duì)電站的電氣設(shè)備布置大體上保持原設(shè)計(jì)不變，只做較小的必要的修改。電站主接線根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，在保持原有主接線不發(fā)生太大變化的情況下，遵循安全可靠、技術(shù)可行且經(jīng)濟(jì)合理的原則，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和篩選。根據(jù)電站提供的電力系統(tǒng)資料和機(jī)組的技術(shù)參數(shù)以及電氣主接線圖，對(duì)各間隔進(jìn)行精確計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果和主接線圖，選擇符合設(shè)計(jì)要求的主變壓器、斷路器、高壓配電設(shè)備等電氣設(shè)備。

10）電氣二次部分的改造按照“無(wú)人值班，少人值守”的運(yùn)行管理模式設(shè)計(jì)，結(jié)合工程的實(shí)際情況和水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)考慮采用全計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期和手動(dòng)準(zhǔn)同期，采用可控硅全控整流勵(lì)磁系統(tǒng)微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，微機(jī)型調(diào)節(jié)器。根據(jù)計(jì)算書設(shè)定合理的電氣參數(shù)選擇合適的微機(jī)型繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置。

除此之外，對(duì)施工組織，工程概算，投資計(jì)劃和資金籌措都應(yīng)進(jìn)行考慮，拿出相應(yīng)的計(jì)劃書和實(shí)施方案。

3 計(jì)算原則與方法

徑流調(diào)節(jié)計(jì)算采用《日（徑流式）調(diào)節(jié)計(jì)算程序》。

艷洲水電站壩址控制集水面積15955平方公里，多年平均流量495m3/s。艷洲水庫(kù)正常蓄水位以下庫(kù)容0.57億m3，但調(diào)節(jié)能力有限，洪水期為徑流式運(yùn)行，枯水期進(jìn)行有限調(diào)節(jié)。對(duì)考慮到漁潭、江埡、皂市三庫(kù)采用長(zhǎng)系列逐日平均流量進(jìn)行操作，系列為1953年1月～1997年12月共45年。

根據(jù)選定的水庫(kù)正常蓄水位、死水位、電站裝機(jī)容量等基本參數(shù)，制定出水庫(kù)的運(yùn)行方式，對(duì)長(zhǎng)系列水文資料進(jìn)行水能操作計(jì)算，確定電站的水頭特性指標(biāo)，最大水頭約為8.9m，最小水頭4m，加權(quán)平均水頭7.2m?？紤]水輪機(jī)為改造項(xiàng)目，為充分利用原有設(shè)備，設(shè)計(jì)水頭仍采用6.6m。

本次改造按原流道最大過(guò)水流量不變，主要以提高效率為主要手段。改造后裝機(jī)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算成果見下表：

從上表中看出：現(xiàn)有裝機(jī)29500kw，多年平均發(fā)電量為10901萬(wàn)kwh，改造后裝機(jī)容量增大，年發(fā)電量增大到13181萬(wàn)kwh，電量增加了2280萬(wàn)kwh，年利用小時(shí)從3695小時(shí)升至3994小時(shí)。效益增加較大。

4 結(jié)語(yǔ)

艷洲水電站增效擴(kuò)容改造完成之后，其裝機(jī)容量將達(dá)到33000kw，多年平均發(fā)電量將超過(guò)1.3億kw.h，直接經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，且對(duì)生態(tài)環(huán)境、社會(huì)效益等產(chǎn)生積極有益的影響，是一項(xiàng)多贏的福民工程。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.19.017

水電站；增效擴(kuò)容；改造工程；水輪機(jī)；經(jīng)濟(jì)效益；計(jì)算機(jī)；控制