淺析里畈水庫一級(jí)電站增效擴(kuò)容改造工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)

何正華

摘 要：在本文中，筆者根據(jù)里畈水庫一級(jí)電站實(shí)際情況，系統(tǒng)分析了該電站增效擴(kuò)容改造工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)。從該工程的概況入手，分析了水電站運(yùn)行的現(xiàn)狀及其中存在的問題，針對(duì)問題和現(xiàn)狀，提出了較為系統(tǒng)的增效擴(kuò)容改造方案。

關(guān)鍵詞：增效擴(kuò)容；改造工程；優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了最大程度上利用里畈水庫一級(jí)電站原有的水工建筑物，就必須選擇最為合適的機(jī)型，并結(jié)合電站的實(shí)際情況來確定增效擴(kuò)容改造工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，而里畈水庫一級(jí)水電站增效擴(kuò)容的改造工程的關(guān)鍵就是確保發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 工程概況

2 工程運(yùn)行現(xiàn)狀及主要存在問題

里畈水庫一級(jí)電站運(yùn)行至今已三十余年，電站各部位均存在一定安全隱患，現(xiàn)將電站運(yùn)行情況分訴如下：

2.1 進(jìn)水閘門

在大壩182.03高程處設(shè)有WL20/45螺桿式檢修閘門，通過連桿在大壩壩頂218.03m處啟閉室內(nèi)操作，大壩加高后，啟閉室封閉在上廊道內(nèi)，關(guān)閉后雖然有滲漏，但通過平時(shí)的維護(hù)運(yùn)行情況一直安全可靠。

2.2 引水涵洞、管道

電站發(fā)電引水涵洞和管道管徑?1.4m，壩內(nèi)涵洞運(yùn)行正常，不滲水；管道原是露天鋪設(shè)，進(jìn)入廠房前為鋼管混凝土埋設(shè)，1996年大壩加高后，露天鋪設(shè)鋼管進(jìn)行鋼筋混凝澆灌，廠房?jī)?nèi)鋼管（裸露部分約30cm）采用?16鋼筋打箍加強(qiáng)，目前運(yùn)行正常。

2.3 蝶 閥

2007年電站三臺(tái)進(jìn)水蝶閥全部由原來6kg壓力更換為10kg壓力的D941X-1的閥門，目前運(yùn)行正常。碟閥坑之間滲漏水溝槽連通，1號(hào)與2號(hào)蝶閥坑之間布置集水井和一臺(tái)排水泵，當(dāng)2號(hào)機(jī)尾水位低于集水井水位時(shí)，集水井水自行排出，尾水位高于集水井時(shí)，由水泵排水，排水正常。

2.4 水輪發(fā)電機(jī)組

水輪機(jī)型號(hào)為L(zhǎng)H240-WJ-50，由金華水輪機(jī)廠生產(chǎn)，通過三十多年運(yùn)行，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)銹蝕嚴(yán)重，操作不靈、滲水量大，工作機(jī)構(gòu)汽蝕嚴(yán)重，效率低；發(fā)電機(jī)型號(hào)是SFW-320-8，由臨海電機(jī)廠生產(chǎn)，相復(fù)勵(lì)勵(lì)磁，由于運(yùn)行多年，經(jīng)常發(fā)生勵(lì)磁線圈、定子繞組短路，發(fā)生電氣故障，造成運(yùn)行不正常。

2.5 二次部分

原設(shè)計(jì)繼電保護(hù)簡(jiǎn)單單一，保護(hù)少，并網(wǎng)操作用手工，運(yùn)行安全性底。

2.6 廠 房

電站主廠房長(zhǎng)22.9m，層高兩層7.5m，布置三套HL240-WJ-50發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)安裝高程180.03m；廠房基礎(chǔ)建在基巖上，地質(zhì)條件良好；地上部分為鋼筋混凝土磚木結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，屋面瓦片需要翻新；控制室屋面需要平改坡加蓋瓦片防滲漏、高配室1998年重建正常。

2.7 變壓器

變壓器為S7型，容量1250kVA，銅鐵損大，屬于淘汰產(chǎn)品，需要更新。

2.8 進(jìn)站道路

原為電站門口橋梁與大壩左岸連通，1996年橋梁被泄洪洪水沖毀，無法恢復(fù)，需繞道通行，大件設(shè)備無法進(jìn)出，2009年沿電站下游防洪堤修建3m寬水泥路約200m，尚有約200m路因征用土地未果而擱置。暫無公路到達(dá)。

根據(jù)上述，本電站存在的主要問題為電氣設(shè)備及機(jī)組老化嚴(yán)重，效率低，能耗大；嚴(yán)重地影響了生產(chǎn)安全。為了確保國(guó)有資產(chǎn)保值增值，消除該水電站安全隱患，同時(shí)考慮提高清潔能源的使用率，充分利用水力資源，挖掘發(fā)電潛力，增加經(jīng)濟(jì)效益，有必要對(duì)該水電站及時(shí)進(jìn)行技術(shù)改造。

3 電里畈水庫一級(jí)站增效擴(kuò)容改造工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 增容方案的選擇

本次增效擴(kuò)容改造工程，根據(jù)業(yè)主的意見和電站最近幾年的實(shí)際運(yùn)行情況，筆者擬定了3個(gè)優(yōu)化方案，分別是1200kW、1890kW、2400kW方案中，選1890kW方案。從增效擴(kuò)容的投資和收益方面分析，裝機(jī)容量應(yīng)該從18790kW增加到1890kW。綜合各方面的方案，應(yīng)選擇最優(yōu)的第2方案。

從水工建筑物和機(jī)組增容的實(shí)際情況看，裝機(jī)容量如果增加到3000kW的時(shí)候，則機(jī)組的額定電流就會(huì)比原機(jī)組增加超過40A，這個(gè)時(shí)候引水系統(tǒng)水工建筑物以及機(jī)組的效率都不在合理的范圍之內(nèi)，因此，此方案不能列入本次方案進(jìn)行相關(guān)的比較。裝機(jī)容量在1200kW到2400kW之間均在合理的范圍內(nèi)，額定電流也在合理的范圍內(nèi)。綜合裝機(jī)利用的小時(shí)數(shù)、單位千瓦的投資額度和發(fā)電量，以及水工建筑物機(jī)組的綜合運(yùn)行情況等相關(guān)指標(biāo)，并且考慮到業(yè)主的意見，最后選擇的是1890kW的裝機(jī)容量。

3.2 水輪機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

根據(jù)里畈水庫一級(jí)電站的一基本情況，筆者選擇采用HLA866a型轉(zhuǎn)輪來替換機(jī)組原來的轉(zhuǎn)輪，但是原水輪機(jī)通流部位的部件保持不變，這樣就可以達(dá)到以最為經(jīng)濟(jì)的手段進(jìn)行水輪機(jī)優(yōu)化的目標(biāo)。

通過表1中的參數(shù)對(duì)比，我們可以清楚地看到，改造之后的轉(zhuǎn)輪的效率要明顯高于改造之前的轉(zhuǎn)輪的效率。水輪機(jī)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，額定工時(shí)的最大運(yùn)行效率達(dá)到了95.61%，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本次改造水輪機(jī)額定工況點(diǎn)效率大于等于92%的預(yù)期目標(biāo)。

3.3 發(fā)電機(jī)設(shè)備的優(yōu)化改造方案

當(dāng)前的發(fā)電機(jī)組的設(shè)備已經(jīng)嚴(yán)重老化，主要集中在發(fā)電機(jī)定和轉(zhuǎn)子繞組絕緣這兩部分部件上，此外也有絕緣耐熱等級(jí)比較低，發(fā)電機(jī)設(shè)備運(yùn)行的綜合效率比較差等因素。為了有效提高發(fā)電機(jī)的整體發(fā)電性能和有效達(dá)成相關(guān)效率指標(biāo)，減少能源的消耗，在保持原發(fā)電機(jī)尺寸結(jié)構(gòu)不變的情況下，計(jì)劃將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)定全部更換為F級(jí)別的絕緣。發(fā)電機(jī)設(shè)備經(jīng)過優(yōu)化，發(fā)電機(jī)定和轉(zhuǎn)子繞組以及絕緣，增大了導(dǎo)線截面的面積，提高了相應(yīng)的槽滿率，增加了發(fā)電機(jī)的額定容量。與此同時(shí)，對(duì)發(fā)電機(jī)的測(cè)溫元件、信號(hào)元件等也進(jìn)行了更新?lián)Q代。

3.4 技術(shù)改造優(yōu)化方案

發(fā)電機(jī)冷卻設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)：

關(guān)于冷卻方式的選擇，該電站舊有的發(fā)電機(jī)是B級(jí)絕緣，自然風(fēng)的冷卻方式效果已經(jīng)無法滿足發(fā)電站正常的發(fā)電需要，因此，需要對(duì)舊有的發(fā)電機(jī)冷卻方式進(jìn)行優(yōu)化。這無疑會(huì)加快線圈絕緣的老化，且在發(fā)電機(jī)組停機(jī)過程當(dāng)中，其線圈很容易受潮，因此就會(huì)嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)組的安全性和可靠性，給發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行埋下隱患。針對(duì)上述存在的問題，本次優(yōu)化設(shè)計(jì)，是將原來的敞開式的自然通風(fēng)冷卻方式優(yōu)化成為封閉式的空氣冷卻器冷卻方式，此外，還安裝輔助的加熱器設(shè)備。

關(guān)于空氣冷卻器的設(shè)計(jì)。原來的發(fā)電機(jī)組機(jī)坑通道的寬度僅僅有700mm，空間非常有限，因此不利于冷卻系統(tǒng)的布置。為了有效保證發(fā)電機(jī)組通道有足夠的布置空間，方便發(fā)電機(jī)及其設(shè)備的檢查和維護(hù)，擬將定子外壁懸掛的空冷器出做成四方形。同時(shí)，將冷卻器的無縫管與合金的金屬疊片相結(jié)合，以此來增加散熱的面積，有效提高冷卻器制冷的效果?？绽淦鞯暮穸葍H有170cm，而發(fā)電機(jī)組通道的最窄處有450cm，這就達(dá)到了最大程度上節(jié)省空間的目的。而發(fā)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果也表明，發(fā)電機(jī)組在3.4MW額定負(fù)荷運(yùn)行的情況下，定子的實(shí)際最高溫度只有84.4度，遠(yuǎn)低于F級(jí)絕緣所允許的最高的140度的設(shè)計(jì)溫度。

4 結(jié) 語

在不改變水工建筑物的前提下，對(duì)原有的電站進(jìn)行增效擴(kuò)容的優(yōu)化改造，根據(jù)電站的實(shí)際情況，選擇最適合水輪機(jī)型號(hào)是增效擴(kuò)容優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。在本文中，筆者根據(jù)里畈水庫一級(jí)電站的一基本情況，經(jīng)過系統(tǒng)研究，確定了擴(kuò)容的方案，對(duì)發(fā)電機(jī)及其設(shè)備進(jìn)行了系統(tǒng)改造。經(jīng)過本次改造，電站的穩(wěn)定性和安全性增強(qiáng)。

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