宣平溪二級水電站增效擴容水輪發(fā)電機組的選擇

郎 敏，邱方榮，李一平

(武義縣水務(wù)局，浙江 武義 321200)

1 電站概況

宣平溪二級水電站位于武義縣西聯(lián)鄉(xiāng)馬口村，為混合式電站。宣平溪屬甌江水系，流域內(nèi)主要有西溪、東溪、竹客溪等支流。電站調(diào)節(jié)水庫為母子庫形式布置，總庫容為3675萬m3，集雨面積92.2km2，其中:母庫內(nèi)庵水庫集雨面積57.0km2，總庫容為2950萬m3，為中型水庫;子庫青嶺水庫集雨面積35.2km2，總庫容為725萬 m3，2水庫間用長1648m、洞徑2m的隧洞連通，主要建筑物設(shè)計防洪標準為50a一遇，校核洪水標準為500a一遇，工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型。主要水工建筑物有:內(nèi)庵水庫大壩、青嶺水庫大壩、發(fā)電引水隧洞、連通隧洞、發(fā)電廠房等。

電站建于1987年05月，1992年11月通過機組啟動驗收投入試生產(chǎn)，電站安裝2臺立軸混流式水輪發(fā)電機組，總裝機6400kW。電站主要參數(shù)為:最大水頭98.8m，最小水頭73.2m，額定水頭83.5m，多年平均發(fā)電量1557.5萬kW·h。

2 電站增效擴容改造的必要性

2.1 原電站存在的主要問題

宣平溪二級電站經(jīng)過21a運行，機組設(shè)備有不同程度的磨損、老化，電站自動化程度不高，機組綜合效率低。根據(jù)電站運行情況，主要存在以下問題:

(1)水輪機轉(zhuǎn)輪空蝕嚴重，葉片存在剝落現(xiàn)象;水導軸瓦、轉(zhuǎn)輪室磨損嚴重;轉(zhuǎn)輪迷宮間隙達3.6mm，轉(zhuǎn)輪間隙漏水增大;水輪機效率降低，運行不穩(wěn)定。導水機構(gòu)漏水嚴重，無法正常停機，同時由于停機時漏水量大，減少了電站的發(fā)電量。

(2)發(fā)電機絕緣老化嚴重，其定子線圈為B級瀝青絕緣，絕緣等級低，性能差，極易受潮，機組一旦停機超過1d，絕緣電阻便接近為零。另外，由于熱老化、電老化、機械老化等因素，使發(fā)電機定子線圈許多位置出現(xiàn)嚴重絕緣層流膠發(fā)空、裂紋以及槽楔、線圈線綁扎松動等現(xiàn)象，已無法滿足機組安全運行的要求。發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈對地和匝間絕緣老化也比較嚴重。

(3)主閥滲漏水相當嚴重，該主閥采用空氣圍帶止水密封，空氣圍帶易損壞，操作系統(tǒng)油路復雜，故障多，操作經(jīng)常失靈。

(4)調(diào)速器為YDT-1800電液調(diào)速器，電液轉(zhuǎn)換器易堵塞失靈，且對油質(zhì)要求和裝配要求都很嚴，設(shè)備滲漏油嚴重，自動運行穩(wěn)定性較差。

(5)電站技術(shù)供水管路銹蝕、淤堵嚴重，經(jīng)檢查，某些部位實際過流能力只有原管路的40.0%，影響機組正常運行。

(6)現(xiàn)電站使用的高壓開關(guān)柜沒有五防設(shè)施，存在安全隱患。多油斷路器、隔離開關(guān)等一次設(shè)備陳舊老化，均系淘汰產(chǎn)品。

(7)35kV多油斷路器有不同程度的滲漏油。接點和操作機構(gòu)經(jīng)過多年的運行，有不同程度的磨損，運作不可靠;遇事故斷開存在拒跳隱患，可能造成事故的擴大。

(8)老式的配電柜自動化程度低，繼電保護動作不靈敏，不可靠。無法實現(xiàn)“無人值班，少人值守”要求。

(9)根椐水利部頒發(fā)的《農(nóng)村水電站安全管理分類及年檢的辦法》(水電【2006】146號文件)中的關(guān)于水電站安全管理分類標準，宣平溪二級電站由于設(shè)備完好率和自動化程度低，只能達到B類水電站的標準。

2.2 電站增效擴容改造的必要性

2.2.1 合理利用水力資源的需要

宣平溪二級電站調(diào)節(jié)水庫以母子水庫形式，總庫容為3675萬m3，集雨面積為92.2km2，內(nèi)庵庫區(qū)平均降雨量為1861mm，青嶺庫區(qū)平均降雨量為1773mm，多年平均總來水量為10840萬m3，正常庫容為總來水量的33.4%，建庫以來每年有大量棄水。通過對電站進行增效擴容改造，增加電站的裝機容量，可以提高徑流的利用率，減少內(nèi)庵、青嶺水庫的年棄水量。

2.2.2 實現(xiàn)農(nóng)村水電技術(shù)現(xiàn)代化的要求

根據(jù)水利部《農(nóng)村水電技術(shù)現(xiàn)代化指導意見》 (水電【2003】170號文件)提出“2015年，農(nóng)村水電行業(yè)全面實現(xiàn)現(xiàn)代化”的總體目標和“20世紀90年代以前建設(shè)的水電廠，要做出更新改造規(guī)劃，實現(xiàn)無人值班 (少人值守)。對已超過使用年限，經(jīng)技術(shù)改造認證仍達不到要求的發(fā)電機組，要報廢重建或強行淘汰”的要求，宣平溪二級電站增效擴容改造是實現(xiàn)農(nóng)村水電技術(shù)現(xiàn)代化的必然要求。

3 機組增效擴容改造方案

3.1 水輪機

水輪機部分僅保留蝸殼、座環(huán)、尾水管等埋設(shè)部件。更換2臺水輪機的轉(zhuǎn)輪、主軸、導水機構(gòu)等主要部件及所有水輪機自動化部分。

3.2 發(fā)電機

根據(jù)更換后水輪機的額定轉(zhuǎn)速和機組單機容量，更換2臺發(fā)電機及所有自動化元件。

4 水輪機機型的選擇

4.1 機型選擇原則

對主要水工建筑物及水輪機埋設(shè)部件不作大改動的增容改造電站，水輪機機型選擇主要原則:①轉(zhuǎn)輪效率比原高;②空蝕性能比原好，水輪機實際吸出高度基本不變;③過流量比原大，滿足電站增效擴容改造目標;④流道與原水輪機相同或相近。

4.2 選型設(shè)計

二級電站原水輪機型號為HLA253-LJ-84，經(jīng)過20多年運行，水輪機存在的問題有:①空蝕嚴重，2臺水輪機轉(zhuǎn)輪葉片背面靠上冠處空蝕面積較大，經(jīng)多次補焊，葉片型線變異較大，效率明顯降低;②轉(zhuǎn)輪迷宮間隙達3.6mm，間隙過大導致轉(zhuǎn)輪間隙漏水量增大;③導水機構(gòu)漏水嚴重，不僅無法正常停機，也影響電站發(fā)電效益。根據(jù)機型選擇原則，經(jīng)咨詢國內(nèi)有關(guān)廠家，HLJ630轉(zhuǎn)輪滿足電站增效擴容改造的要求，其模型轉(zhuǎn)輪與原HLA253主要性能參數(shù)的比較見表1。

表1 模型轉(zhuǎn)輪參數(shù)比較表

從表1可見，HLJ630效率高，效率比原 HLA253高2.7%～3.0%;單位流量較大，比原HLA253過流能力大18%，滿足電站增效擴容改造的要求;空蝕系數(shù)小，抗空蝕能力強，允許吸出高度≥2.0m;流道與HLA253相近，應(yīng)用于二級電站增效擴容改造，因流道差異、效率下降1.0%。因此二級電站增效擴容改造初選HLJ630-LJ-85型轉(zhuǎn)輪代替原HL253-LJ-84型轉(zhuǎn)輪。為了增強水輪機的抗空蝕能力，延長設(shè)備檢修間隔，采用1Cr13Ni4Mo不銹鋼轉(zhuǎn)輪。

5 增效擴容前后水力發(fā)電機組參數(shù)比較

增效擴容前后水力發(fā)電機組參數(shù)比較見表2、3。

表2 水輪機主要技術(shù)參數(shù)表

表3 發(fā)電機主要技術(shù)參數(shù)表

6 結(jié)語

宣平溪二級電站經(jīng)過21a運行，水輪發(fā)電機組存在多種問題，影響了電站的安全運行和經(jīng)濟效益，對宣平溪二級電站增效擴容改造是非常有必要的。水輪發(fā)電機組改造方案及合理選型對電站的增效擴容至關(guān)重要，須慎重選擇最佳方案，確保電站增效擴容發(fā)揮最大效益。