里石門電站增效擴容技術(shù)方法介紹

里石門電站增效擴容技術(shù)方法介紹

曹方淼安春愛

(浙江省天臺縣水電管理所，浙江 天臺317200)

【摘要】本文介紹里石門電站前后兩次擴容所采用的不同方法和技術(shù)措施，以及增效擴容試點工程所取得的成果。

【關(guān)鍵詞】里石門電站；技改；增效擴容

中圖分類號：TV738

Introduction of synergistic expansion technical methods in

Lishimen Power Station

CAO Fangmiao, AN Chun’ai

(ZhejiangTiantaiCountyHydropowerManagementOffice,Tiantai317200,China)

Abstract:In the paper, different methods and technical measures adopted for twice synergistic expansion in Lishimen Power Station, and achievements obtained from synergistic expansion pilot projects are introduced.

Key words: Lishimen power station; technical improvement; synergistic expansion

1概況

里石門電站是浙江省天臺縣大型水利工程里石門水庫的配套工程，1979年7月建成投產(chǎn)發(fā)電。水庫集雨面積296km2,總庫容1.99億m3，工程以灌溉、防洪為主，結(jié)合發(fā)電、供水等功能。

電站安裝立軸混流式水輪發(fā)電機組3臺，設(shè)計裝機容量3×2000kW，設(shè)計水頭40m，在縣網(wǎng)中擔任基荷，機組出力充足、運行穩(wěn)定，歷年平均發(fā)電量符合設(shè)計標準。由于水庫地處浙東沿海，受臺風季節(jié)降雨影響大，來水豐富，根據(jù)統(tǒng)計，工程自投產(chǎn)以來有60%的年份在臺汛期間棄水，且棄水量大多在3000萬m3以上，最多達1.1億m3。水庫的灌溉期為每年的4月中旬至10月中旬，其余半年時間為純發(fā)電期，此時電站可以擔任頂峰任務(wù)。歷年運行經(jīng)驗，特別是電價實行峰谷分時段計量、計價以來的經(jīng)驗表明，里石門電站的機組容量應(yīng)該增大，以發(fā)揮水電站的最大經(jīng)濟效益和社會效益。這就是20年前的增容技改決策依據(jù)所在。

技改20年后，由于電站年久，設(shè)備陳舊，絕緣老化，如不更新設(shè)備，安全生產(chǎn)得不到保障，而局部技改無法從根本上解決電站的安全生產(chǎn)問題，根據(jù)浙江省水電站設(shè)備報廢年限的規(guī)定，報廢重建勢在必行。2011年，里石門電站作為浙江省首批增效擴容試點電站完成了初步設(shè)計報告，經(jīng)批準后于2012年底完成了增效擴容的任務(wù)，使電站的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益都上了新臺階。

2技改前期的技術(shù)分析和經(jīng)濟比較

1991年，浙江省水電設(shè)計院有關(guān)專家及杭州發(fā)電設(shè)備廠技術(shù)人員分別對水輪發(fā)電機組進行了現(xiàn)場超負荷測試、溫升試驗、水力機械裕度計算、定轉(zhuǎn)子容量及線槽截面校核、輔助設(shè)備容量校核，可控硅勵磁裝置生產(chǎn)廠對該裝置進行了增容認可。調(diào)試機組負荷，當水庫水位在170m以上至正常水位176m之間(水頭47.5～53.5m)，3臺機組運行時，每臺機組可能出力在2200～2500kW之間，說明水輪機的出力裕度可接受發(fā)電機增容500kW，因此有可能在50%時間內(nèi)提高發(fā)電峰谷電量比。

a.根據(jù)歷年發(fā)電量統(tǒng)計，電站年發(fā)電量超過設(shè)計標準的有50%年份，受機組調(diào)節(jié)能力的限制無法體現(xiàn)峰谷分時計量的優(yōu)越性。如果每臺發(fā)電機增容500kW，則可在不增加發(fā)電量的基礎(chǔ)上只要爭取多發(fā)峰電250萬kW·h，按當時峰谷電價差價0.1元/(kW·h)計就可凈增收25萬元，這在當時是相當可觀的，且當時的電價政策和縣電網(wǎng)系統(tǒng)也正希望縣內(nèi)的骨干電站能起到頂峰多發(fā)電、低谷少發(fā)電的要求。因此社會效益明顯。

b.在豐水年的豐水期間，棄水時段比較集中，少則幾天，多則十幾天，增容后，充分利用棄水滿負荷發(fā)電，可增發(fā)電量108萬kW·h(按利用一個月計)，以當時電價計可增收15萬元。合計平均每臺可增收13.3萬元。

最終確認：在一臺發(fā)電機增容的情況下，技改的關(guān)鍵是解決定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組溫升過高的問題，因此采取措施先改一臺，在不改動輔助設(shè)備及主變、開關(guān)等公共設(shè)備的條件下解決機組的增容問題，將是最經(jīng)濟的技改措施；增容后的技術(shù)和效益，如能達到預(yù)期效果，再進行另兩臺機組技改或其他增容方案的比較取舍。

3技術(shù)措施

a.更換定子繞組，增大過流截面。即取消線槽內(nèi)的勵磁副繞組，配以相當容量的勵磁變壓器代替而騰出少量空間，采用F級絕緣,再以科技新工藝減少定子繞組雙玻璃絲包扁銅線的絕緣厚度，由原來的0.41mm減少至0.20mm，使定子繞組增容后的電流密度比技改前下降12.4%。故技改的最主要問題即定子線圈的溫升可以解決。

b.轉(zhuǎn)子繞組溫升的極限值為90℃，經(jīng)過論證，原溫升試驗時機組帶2200kW，功率因數(shù)為0.8時溫升是67.5℃，且最高溫度離B級絕緣的溫度限值130℃還有較大裕度，決定暫不改動，待增容后以溫升試驗確定轉(zhuǎn)子電流，并保留有提高適量功率因數(shù)運行限流的措施。

c.水輪機在高水位(169m以上)運行時，負荷增至2500kW后，導葉開度約25%，水輪機仍處在較高工況運行，故不進行改動，一般當水庫水位低于170m時不做增容運行。調(diào)速器的關(guān)機時間整定值由4s改為4.5s，以降低蝸殼最大瞬態(tài)壓力。

d.調(diào)整發(fā)電機的相應(yīng)繼電保護整定值，更換定子出線電纜(機端至母線開關(guān)段)及轉(zhuǎn)子進線電纜以滿足熱穩(wěn)定要求。

4技改實施與效果

經(jīng)過反復論證和比較，決定利用枯水期，結(jié)合電站定期大修時間對3號機組進行改造，全過程除材料準備及線圈加工等在杭發(fā)廠進行外，其他工作如更換線圈、線頭焊接、絕緣處理等均在電站現(xiàn)場實施，且時間短、效率高、費用節(jié)約(技改按合同成交額為13萬元)。并按國家標準的技術(shù)條件和技術(shù)規(guī)范進行安裝和試驗。完成后經(jīng)過72h滿載2500kW試運行和溫升試驗，定子繞組溫升為39.3℃，低于技改前2200kW溫升試驗時的53.8℃，轉(zhuǎn)子繞組溫升為74.6℃,高于技改前的67.5℃，雖未達到溫升限值，但不能保證沒有局部溫升偏高的可能，故在運行時，特別是在機端電壓偏高時，轉(zhuǎn)子電流應(yīng)加以控制，即保持功率因數(shù)在0.82～0.85之間運行較為穩(wěn)妥。

經(jīng)組織驗收合格，投入運行后經(jīng)過當年汛期滿載考驗，證明技改成功，調(diào)峰功能和經(jīng)濟效益顯現(xiàn)，經(jīng)統(tǒng)計當年增容部分超發(fā)電量分別按峰谷電價計算，當年收回投資的58.4%。繼而在1993—1997年以同樣的方法對另兩臺發(fā)電機進行增容，并且對水輪機轉(zhuǎn)輪(原為A122和HL163)更新，采用A643轉(zhuǎn)輪，效率大為提高，總裝機容量增為3×2500kW，單機最高出力可達2750kW，一直運行至2012年進行增效擴容時。

5增效擴容工程和成果

2011年7月，財政部、水利部啟動了農(nóng)村水電增效擴容試點工作，批復了《浙江省農(nóng)村水電增效擴容改造試點實施方案》，給農(nóng)村水電灑下了及時雨。里石門電站經(jīng)過了30多年的運行，電站的所有機電設(shè)備均到了報廢年限，其間發(fā)生過多次因絕緣老化而導致的短路事故，且機組控制、保護方式落后，自動化水平等均難以緊跟當今電網(wǎng)發(fā)展的要求。委托水利部水利機械質(zhì)量檢驗測試中心進行的檢測表明：除水輪機蝸殼和引水叉管可繼續(xù)使用外，機組的主、輔設(shè)備以及其他電氣主要設(shè)備的主要項目指標均達不到國家有關(guān)技術(shù)規(guī)范、預(yù)防性試驗規(guī)程、裝置技術(shù)條件等要求，已不能保證電站正常和安全運行，根據(jù)浙江省水利浙水電〔2011〕9號《浙江省農(nóng)村水電站報廢管理辦法》，趁此千載難逢的好機遇進行報廢重建增效擴容理所當然。

其初步設(shè)計報告中所擬定的增效擴容的基本框架是：?裝機容量增至3×3000kW(根據(jù)2005年浙江省水利廳鑒定里石門水庫大壩為二類壩，要求保壩水位提高，在水能計算時將原水庫死水位156m提高至165m，按水輪機效率區(qū)選擇裝機容量)；?廠內(nèi)水工部分和機組埋入混凝土內(nèi)的部分不動，其他一切與之相關(guān)的主輔設(shè)備相應(yīng)更新，符合容量升級需要；?測量、控制、保護系統(tǒng)要求升級為計算機監(jiān)控系統(tǒng)(包括油、水、氣監(jiān)控接口)；?主、副廠房進行適當改造和裝飾。天臺縣水利水電局以天水電〔2011〕44號文對初步設(shè)計報告作了批復。2012年9月15日開始拆除舊設(shè)備，至12月26日完成安裝工程和72h試運行。

增效擴容工程完成投資額1800萬元，其全新的現(xiàn)代化、高度的自動化，提升了電站安全水平和管理方式?，F(xiàn)已運行兩周年，在同等降雨量(1774mm)來水量水平的基礎(chǔ)上發(fā)電量的變化，特別是調(diào)峰能力的變化令人驚喜。目前峰電價格為0.595元/(kW·h)，谷電價格為0.238元/(kW·h)，價差為0.357元/(kW·h)。2014年全年發(fā)電量3333.5萬kW·h，達歷史最高水平,其中峰谷比達85∶15(該站此前豐水年發(fā)電最好峰谷比是75∶25)。2014年實際增效成果為：爭發(fā)二次棄水電量(以增容部分的2500kW發(fā)電)48萬kW·h，以平均價0.48元/(kW·h)計為23萬元，峰電增量按發(fā)電量的10%計為333.5萬kW·h，以峰谷價差計為333.5萬kW·h×0.357元/(kW·h)=119萬元，合計增效 142萬元，效果明顯。

6結(jié)語

里石門電站從增容技改至增效擴容，兩個內(nèi)容一個目的，為今后30年的安全生產(chǎn)和效益打下了堅實的基礎(chǔ)。增效擴容試點工程的成功，對全縣農(nóng)村水電站增效擴容推廣意義重大。

參考文獻

[1]SL 193—1997 小型水電站技術(shù)改造規(guī)程[S].北京：中國水利水電出版社，1997.

[2]SL 16—2010 小水電建設(shè)項目經(jīng)濟評價規(guī)程[S].北京：中國水利水電出版社，2010.