碧口水電站發(fā)電機(jī)組增容改造分析

燕 京

(中國水利電力物資有限公司，北京 100040)

碧口水電站發(fā)電機(jī)組增容改造分析

燕 京

(中國水利電力物資有限公司，北京 100040)

介紹了碧口水電站機(jī)組改造的項目背景及必要性，分析了改造后水輪機(jī)的效率特性，以期對同類型機(jī)組改造工作具有一定的借鑒價值。

碧口水電站；發(fā)電機(jī)；增容改造

1 項目背景

碧口水電站位于甘肅省文縣碧口鎮(zhèn)上游3 km的白龍江干流上，電站總裝機(jī)容量3×100 MW，工程于1975年12月下閘蓄水，3臺100 MW立軸懸式混流式水輪發(fā)電機(jī)組，1號機(jī)于1976年3月投產(chǎn)發(fā)電，2號機(jī)于1976年4月投入運(yùn)行，3號機(jī)于1977年6月并網(wǎng)發(fā)電。

30多年來，隨著發(fā)電設(shè)備運(yùn)行時間增長，設(shè)備老化，檢修工作量增大，運(yùn)行的安全可靠性降低，當(dāng)時的設(shè)計制造技術(shù)水平在一定程度上限制了設(shè)備的發(fā)電能力。據(jù)此，電站從2009年開始，歷時4年，對3臺水輪機(jī)進(jìn)行了增容技術(shù)改造，提高了水輪機(jī)出力和效率。同時，為了消除發(fā)電機(jī)存在的絕緣老化、測溫點損壞、通風(fēng)損耗大、制動環(huán)裂紋等隱患，徹底解決對安全生產(chǎn)構(gòu)成的威脅，從2012底起開始對發(fā)電機(jī)進(jìn)行增容技術(shù)改造，2013年5月，1號發(fā)電機(jī)改造完成并網(wǎng)發(fā)電，機(jī)組增加出力10 MW；2014年4月，3號發(fā)電機(jī)改造完成并網(wǎng)發(fā)電，機(jī)組增加出力10 MW。以3號機(jī)組為例，機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)

2 改造的必要性

電站3臺機(jī)組經(jīng)30多年的運(yùn)行，定子絕緣老化嚴(yán)重，曾多次發(fā)生絕緣擊穿，成為影響機(jī)組安全的主要原因，同時發(fā)電機(jī)線棒測溫點損壞多，通風(fēng)損耗大，制動環(huán)產(chǎn)生裂紋等隱患嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。

(1) 定子線棒老化嚴(yán)重，多次發(fā)生絕緣擊穿，以運(yùn)行時間最長的1號機(jī)為例，截至1號發(fā)電機(jī)改造前機(jī)組已運(yùn)行33年，定子繞組絕緣老化程度已非常嚴(yán)重，絕緣的熱態(tài)介損嚴(yán)重超標(biāo)，多次發(fā)生絕緣擊穿，嚴(yán)重威脅電站安全生產(chǎn)。

(2) 線棒絕緣老化問題已經(jīng)成為技術(shù)監(jiān)控重點跟蹤的問題。從2009年開始，試驗結(jié)果多次表明定子線圈三相介損和局放值均超過規(guī)定值，定子繞組絕緣具有明顯的老化特征，建議對定子線棒進(jìn)行更換。

(3) 發(fā)電機(jī)線棒防暈層受損、老化，線棒表面對地電位嚴(yán)重超標(biāo)。機(jī)組線棒測溫元件損壞嚴(yán)重，不滿足日常測溫要求。以未進(jìn)行改造的2號機(jī)為例，2號發(fā)電機(jī)定子硅鋼片，已有部分齒部彎曲變形而松動。定子測溫指示不正?；螂娮柙嗑€，難以監(jiān)控和判斷溫度是否正常。

(4) 2009—2012年電站完成水輪機(jī)改造，發(fā)電機(jī)改造已成為機(jī)組增容的必要條件，改造后每臺機(jī)組可增加10 MW的出力，每年增加經(jīng)濟(jì)效益500多萬元。

3 改造后水輪機(jī)效率特性分析

3.1 試驗方法及數(shù)據(jù)

以3號機(jī)組改造后出力特性試驗為例，用功率變送器按雙瓦特表接線測量發(fā)電機(jī)輸出功率，再根據(jù)制造廠家提供的發(fā)電機(jī)效率特性，求得水輪機(jī)功率。流量采用測量蝸殼差壓值，按蝸殼流量系數(shù)計算得到。工作水頭用蝸殼進(jìn)口、尾水管出口斷面能量進(jìn)行測量計算。試驗中主要參數(shù)采用了水輪機(jī)效率微機(jī)采集與處理系統(tǒng)自動采集的數(shù)據(jù)。試驗實測最高效率點為79.83 m工作水頭下，水輪機(jī)出力為111.61 MW，水輪機(jī)效率為92.77%。由于2011年試驗時受發(fā)電機(jī)出力所限，僅實測到水輪機(jī)出力116.5 MW，實測工作水頭84.08 m下，水輪機(jī)效率為94.67%。

由于2次試驗的水頭相差較大，無法換算到同一水頭下進(jìn)行比較，而且2次試驗的方法不同，僅能通過三次樣條插值計算，在可比范圍內(nèi)對2個工作水頭下的水輪機(jī)效率平均下降值進(jìn)行定性估算，結(jié)果約為2.34%。2011年與2014年不同工作水頭下3號水輪機(jī)效率定性估算表如表2所示。

表2 2011年與2014年不同工作水頭下3號水輪機(jī)效率定性估算表

3.2 改造后效率比較

圖1為發(fā)電機(jī)改造后水輪機(jī)效率與2011年效率試驗對比曲線。

圖1 發(fā)電機(jī)改造后水輪機(jī)效率與2011年效率試驗對比曲線

在進(jìn)行1號與3號發(fā)電機(jī)組改造時，3號機(jī)發(fā)電機(jī)吸取了1號機(jī)改造經(jīng)驗，轉(zhuǎn)子磁軛堆疊時磁軛片嚴(yán)格要求按規(guī)格質(zhì)量均勻布放，并把轉(zhuǎn)子上原來的配重塊取掉了，所以機(jī)組啟動時質(zhì)量不平衡現(xiàn)象較輕，通過少量配重后，動不平衡狀態(tài)不錯。發(fā)電機(jī)上機(jī)架水平振動值和各部位軸擺度值均滿足要求，上機(jī)架垂直振動值和頂蓋水平及垂直振動值，除在振動區(qū)超標(biāo)外，其余工況也滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。試驗水頭條件下，3號機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性狀態(tài)可粗分為3個區(qū)，不能運(yùn)行的30 MW附近強(qiáng)振動區(qū)、63 MW以下且不含30 MW附近弱振動區(qū)、63 MW以上優(yōu)良穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。改造后，3號機(jī)組出力可達(dá)到保證值要求，如表3所示。

表3 3號機(jī)組出力保證值

4 結(jié)語

發(fā)電機(jī)改造后，1、3號機(jī)組能在110 MW下長期安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。其提高的銘牌出力符合國家清潔能源政策，經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益明顯；3臺機(jī)組銘牌出力由原來的100 MW提高至110 MW，增容10 MW；同時需要注意的是，水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中要避開強(qiáng)振區(qū)運(yùn)行，減少在弱振區(qū)運(yùn)行，這些改造經(jīng)驗都對2014年年底即將進(jìn)行的2號發(fā)電機(jī)改造以及同類機(jī)組的改造提供了借鑒價值。

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2014-08-29

燕京(1985—)，女，甘肅天水人，工程師，從事電站生產(chǎn)管理及設(shè)備采購工作。