柴河電站2號機組增效改造方案及效果分析

艾 亮，傅守權(quán)

(柴河水庫管理局，遼寧 鐵嶺 112000)

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柴河電站2號機組增效改造方案及效果分析

艾 亮，傅守權(quán)

(柴河水庫管理局，遼寧 鐵嶺 112000)

水力資源不僅是重要的可再生能源和清潔能源，而且具有防洪灌溉、生態(tài)涵養(yǎng)等多重功能。通過合理制定實施增效擴容改造方案，可實現(xiàn)有效利用水資源，消除安全隱患，提高發(fā)電效益，保護環(huán)境等目的。對柴河電站2號機組改造方案及效果進行分析，并對水輪機選型、電站綜合自動化改造、附屬設(shè)施改造等進行了探討。表3個。

水電站；增效改造；方案；分析

1 電站概況

柴河水庫電站為壩后式電站，是柴河水庫主體工程的重要組成部分，該電站于1976年正式建成發(fā)電，現(xiàn)有機組3臺，總裝機容量為7 030 kW，設(shè)計年發(fā)電量1 450萬kW·h。其中，2號發(fā)電機組單機裝機容量3 200 kW，發(fā)電設(shè)計水頭30.5 m，最大水頭43 m，最小水頭24.4 m，發(fā)電設(shè)計流量12.6 m3/s，水輪機型號為HL240—LJ—140，發(fā)電機型號為TS325/36—20。

由于電站水輪機系蘇聯(lián)在20世紀40年代的產(chǎn)品，轉(zhuǎn)輪能量指標低，過流能力差，經(jīng)過多年運行，磨損、氣蝕嚴重，造成水能的浪費?；诖?，于2012年開始著手對該臺機組進行增效改造。

2 改造方案

2.1 水輪機改造

(1)轉(zhuǎn)輪比選

經(jīng)過對原來2號機組水輪機HL240—LJ—140 轉(zhuǎn)輪進行詳細計算對比，選擇了高效率、低氣蝕、大流量，并經(jīng)過多座電站成功應(yīng)用的HLTF50 轉(zhuǎn)輪。新更換的轉(zhuǎn)輪采用0Cr13Ni4Mo 全不銹鋼，轉(zhuǎn)輪型號為HLTF50—LJ—140，同時對推力瓦進行改造，更換原巴氏合金推力瓦為彈性塑料推力瓦(見表1)。

從表1可以看出，HLTF50模型轉(zhuǎn)輪的水力性能有了全面大幅度提高，具體表現(xiàn)在效率提高、流量增大、空化系數(shù)降低；因此，很適合用于本電站水輪機改造。

(2)更換新轉(zhuǎn)輪的技術(shù)參數(shù)計算

水輪機型號： HLTF50—LJ—140， 額定轉(zhuǎn)速00 r/min，最大單位飛逸轉(zhuǎn)速143 r/min。電站最大水頭按43 m考慮，按照下式計算出的最大飛逸轉(zhuǎn)速為595.4 r/min。

表1 新舊轉(zhuǎn)輪水力參數(shù)

模型向真機換算的效率修正：按國際電工學(xué)會IEC標準和國家標準，對混流式水輪機采用以下公式進行計算。

由上式計算得到的效率修正值為1.17%?？紤]到真機流道與模型有一些差異，且已運行40 a，為可靠起見，真機出力計算時，效率修正值按+1.0%考慮

真機出力及效率保證：

當(dāng)Hmax=43 m，水輪機出力Pr=3 750 kW時：

水輪機效率η=86.6%，水輪機流量Q=10.29 m3/s。

當(dāng)Hr=30.5 m，水輪機出力Pr=3 750 kW時：

水輪機效率η=93.53%，水輪機流量Q=13.43 m3/s。

當(dāng)Hmin=24.4 m,水輪機出力Pr=2 700 kW時：

水輪機效率η=90.0%，水輪機流量Q=12.58 m3/s。

2.2 綜合自動化改造

原2號機組由于自動化程度不高，不能實現(xiàn)自動開停機功能。為提高電站2號機組運行管理水平，確保機組安全可靠的運行，改善運行人員的工作條件，此次綜合自動化改造以中控室作為監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心，可以實現(xiàn)上級和現(xiàn)地的分層分布式管理。主控級與現(xiàn)地控制單元采用以太網(wǎng)(10/100 M)連接，機組現(xiàn)地單元可獨立完成各種現(xiàn)地閉環(huán)控制，也可通過電站控制級實現(xiàn)遠方監(jiān)控。

對該電站2號機組增設(shè)1套機組LCU屏和1套測溫剎車屏，放置于機旁。原2號機組保護為常規(guī)繼電器保護，現(xiàn)改成微機保護裝置，設(shè)置為1面屏，布置于中控室內(nèi)。全站共配置1套開關(guān)站及公用LCU屏，負責(zé)完成升壓站部分斷路器監(jiān)控、電量測量、同期、集水井排水泵自動控制、低壓氣機的自動控制、事故照明電源切換裝置、廠用電雙路電源切換裝置、電網(wǎng)安全管理裝置等。

原機組調(diào)速器為CT—40型機械調(diào)速器，此次改造保留原調(diào)速器油壓部分，對控制部分進行微機改造，選用YWT水輪機控制系統(tǒng)。液壓控制系統(tǒng)采用數(shù)字閥與標準液壓件采用板式連接，取消明管，節(jié)奏緊湊，無杠桿連接，減少死區(qū)。

原機組勵磁方式為采用同軸直流勵磁機勵磁，相復(fù)勵裝置控制，此次改造拆除原直流勵磁機，取消舊的復(fù)勵裝置，采用雙微機、雙功率通道自并勵靜止勵磁系統(tǒng)；該裝置采用PWL—4A勵磁調(diào)節(jié)器，并配備液晶顯示屏，可靠性高、操作簡單、維護方便。

正常運行時，由電站控制室的操作員工作站進行集中實時控制、安全監(jiān)視及管理；當(dāng)電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)故障時，可在現(xiàn)地控制單元(LCU)上進行操作。計算機監(jiān)控系統(tǒng)具有多種調(diào)控方式，以滿足電站運行的需要。為了保證控制和調(diào)節(jié)的正確、可靠，操作步驟按“選擇—返?！獔?zhí)行”的方式進行，并且每一步驟都有嚴格的軟件校核、檢錯和安全閉鎖邏輯功能，硬件方面也有防誤措施。

3 改造效果

3.1 增效改造效果

(1)出力對比

2015年5月，該臺機組改造后投入運行，經(jīng)對運行數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進行對比(見表2)，可以看出，在機組水頭只有24.5 m時，該機組出力已經(jīng)達到原設(shè)計30.5 m時的出力，且對比歷史同水頭數(shù)據(jù)，出力增加20%以上，遠超出設(shè)計值及改造前的期望值。由于受水庫目前蓄水情況所限，不能考察達到額定水頭時的數(shù)據(jù)，但已經(jīng)可以得出結(jié)論，增效效果十分明顯。

表2 改造前后出力對比

(2)瓦溫對比

由于此次改造中對推力瓦進行了改造，現(xiàn)將瓦溫對比列出(見表3)。由此可見，所有溫度符合標準要求，且溫度較低，在安全運行范圍。

表3 新轉(zhuǎn)輪投入后軸承溫度對比

3.2 綜合自動化改造效果

通過對調(diào)速器、勵磁系統(tǒng)、開關(guān)柜、監(jiān)控保護等綜合自動化設(shè)施的改造，極大地提高了并網(wǎng)速度。首先是實現(xiàn)了自動準同期并網(wǎng)，通過采用自同期操作，不超過1 min即可完成開機并網(wǎng)至帶滿負荷的全過程；若采用手動準同期操作，也只需3 min即可完成，大幅提升了開機時間(原同期操作需要近20 min)。同時，各種電量及非電量采集全部完成，各部位監(jiān)控數(shù)據(jù)均送入電腦后臺，降低了運行崗位的工作強度，同時也減少人工抄表的誤差，為實現(xiàn)無人值班(少人值守)打下堅實基礎(chǔ)。

4 結(jié) 語

通過對柴河電站2號機組的增效改造，提高了水能資源的利用效率，增加了發(fā)電量，同時提高了設(shè)備水平、技術(shù)水平和操作水平，奠定了無人值班(少人值守)的基礎(chǔ)，推進了可持續(xù)發(fā)展，達到了經(jīng)濟效益和社會效益同步提高的目標。

[1] GB/T 50700—2011， 小型水電站技術(shù)改造規(guī)范[S].

[2] 黃源芳.水電機組修復(fù)與現(xiàn)代化改造[M].武漢：長江出版社，2008.

[3] 陳錫芳.水輪發(fā)電機組改造增容與優(yōu)化運行[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

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責(zé)任編輯 吳 昊

2015-07-01

艾 亮(1982-)，女，工程師，主要從事水利水電工程管理工作。E_mail: chaihedc@163.com