水輪發(fā)電機組技術改造與運行方式探討

應孟達（中國水利水電第十二工程局有限公司機電安裝分局，浙江 麗水 323000）

水輪發(fā)電機組技術改造與運行方式探討

應孟達
（中國水利水電第十二工程局有限公司機電安裝分局，浙江 麗水 323000）

水輪發(fā)電機組為水電站一項重要設施，確保水輪發(fā)電機組健康、持續(xù)運行對水電站綜合效益產生了至關重要的影響。近年來，我國各地區(qū)一些小型水電站在改造水輪發(fā)電機的過程中不斷探索總結了一些科學有效的方式策略。本文結合實踐經(jīng)驗進行了總結分析，探討了運行改造過程中應注意的問題。對提升水輪發(fā)電機組整體運行水平，創(chuàng)設顯著的經(jīng)濟效益與社會效益，實現(xiàn)可持續(xù)的全面發(fā)展，有重要的實踐意義。

水輪發(fā)電機組；技術改造；運行方式

1 前言

水電站技術更新改造階段中最為重要的環(huán)節(jié)在于水輪發(fā)電機組技術改造。較多水電站轉輪要更換之外，水輪機良好運行、超出力運行狀況較多。而發(fā)電機存在明顯的蠟老化現(xiàn)象，無法符合水機超出力運行需要。這是由于早期生產研發(fā)的水輪發(fā)電機受到設計手段、應用材料、生產工藝的限定，導致出裝缺陷，歷經(jīng)多年服務，令線圈出現(xiàn)松動，并出現(xiàn)了明顯的鐵損現(xiàn)象。而該類發(fā)電機具有較大的技術改造潛能，為此制定科學有效的更新改造策略尤為重要。

2 水輪發(fā)電機組技術改造重要性與具體原則

隨著現(xiàn)代化技術手段的快速更新為水電站技術創(chuàng)新改造提供了條件，針對一些老水電站進行整體改造可實現(xiàn)少量投資、大量收益的目標，同時施工建設周期較短，且投資回報更加快速。我們知道，以往小規(guī)模水電站在機組選型階段中通常僅依照當時規(guī)定的一系列型譜進行水輪機類型與標準直徑的比選，這樣將導致機組運行具體參數(shù)同設計標準無法全面匹配，令機組始終無法到達額定出力的標準或是與最優(yōu)工況運行出現(xiàn)了一定偏差。根據(jù)調查分析，一些小規(guī)模水電站設計工況同最優(yōu)標準相去甚遠，導致水資源不良浪費，一些電站在經(jīng)歷了長久的運行后，設備出現(xiàn)了嚴重的老化現(xiàn)象，導致出力降低。一些由于選擇應用設施質量水平不佳、存在嚴重缺陷， 安全可靠性不足、管理水平有限，致使機組長久的帶病工作，進而加劇了損壞，這恰恰是小型水電站的通病問題，而該類因素則成為改造更新的首要任務。而技改最終的成功應由實際入手，依照原有項目狀況，做好經(jīng)濟性論證，引入現(xiàn)代化技術，新型工藝設施，合理選擇設備制造廠家，以確保設備先進性與安全性。項目改造更新應遵循有關規(guī)程標準，嚴格履行報批手續(xù)與竣工驗收流程。投資回報年限同樣是技改能否成功的核心標準，通常小規(guī)模水電站投資回報期限以三年為宜。

3 水輪發(fā)電機組技術改造階段應注意的問題

水輪發(fā)電機組改造前期應進行可行性研究，匯總水文資料以及電站歷年運行工況數(shù)據(jù)，聘請專業(yè)人員通過電腦對各類水頭水能做綜合評估，并做好電磁參數(shù)優(yōu)化計算，形成改造方案對比表，而后由專家做評估，以發(fā)揮更好的效果。更換水輪機與發(fā)電機定，同樣要做可行性研究。為明確改造機組水平，要做好導葉開度以及發(fā)電機處理比對研究，進行機組效率試驗，掌握具體的效果，并將結果進行存檔。

4 水輪發(fā)電機組改造對策

水輪發(fā)電機組改造階段中應做好定、轉子繞組絕緣更新，較早生產水輪發(fā)電機多選擇理清云母，為B等級絕緣。改造階段中應用F級環(huán)氧粉云母以及絕緣工藝則可顯著提升發(fā)電機組耐溫以及耐電壓屬性，并縮減絕緣材料單層厚度。通過現(xiàn)代化浸漆、合理的烘焙、將線圈之間、線圈以及鐵心間空隙進行填充，可優(yōu)化電機散熱絕緣效果，抑制溫升。由于發(fā)電機質量水平、壽命期限主要與絕緣材料有關，因此更新絕緣結構為有效的改造處理方式。應依照水輪發(fā)電機基礎技術條件要求，控制F級絕緣最高溫度標準，即定子繞組應是一百四十攝氏度，而轉子繞組應是一百五十攝氏度。

在提升發(fā)電機絕緣水平以及絕緣減薄的同時，可提升釘子繞組銅線截面以及線圈槽滿率，進而擴充電機線負荷，提升發(fā)電機總體輸出功率，實現(xiàn)增容目標。還可縮減繞組電流密度，降低銅耗以及溫升。線圈更新可應用現(xiàn)代化工藝，例如天津發(fā)電廠無間隙嵌線技術與線圈連焊工藝。制作定子線圈要采取二次整形熱壓工藝技術，確保線圈導線整齊排列，匝間牢靠粘結，形狀一致良好。定子線圈端位置可采取當前大型電機中應用的綁扎材料進行處理，確保牢固可靠，具有良好的通風性且不會快速老化。轉子繞組可裝散熱匝，轉子線圈對地絕緣應用翻邊結構，有效預防發(fā)電機持久運行過程中油污以及灰塵飛進磁極鐵心以及線圈內，并可顯著提升對地耐壓水平。

定子鐵心應選擇優(yōu)質導磁材料，例如冷軋硅鋼片以提升迭裝系數(shù)，縮減定子鐵心損耗，提升發(fā)電機整體運行工作效率。在更新發(fā)電機通風結構的過程中應利用三維溫度場研發(fā)成果設計散熱，依照各個季節(jié)、發(fā)電機具體出力狀況、風溫水平，調整發(fā)電機的總體風量，縮減熱風溫度以及風摩消耗，以提升發(fā)電機出力以及應用服務壽命。

另外，可通過電子計算機系統(tǒng)進行設計優(yōu)化，通過軟件工具完成電磁計算，選擇最合理的技改方案，設定發(fā)電機具體的電磁屬性，并選定最科學有效的結構尺寸。

5 水輪發(fā)電機組運行方式

水輪發(fā)電機具體的運行方式依照帶負荷有并網(wǎng)以及單機兩類模式，依照調速器控制模式則包含自動以及手動運行兩類。各類運行方式均要把握科學原則，重視要點問題。水輪發(fā)電機組帶負荷運行過程中，通常中小型水輪發(fā)電機組采用并網(wǎng)基礎運行方式，其工況變化需要利用切換控制設施實現(xiàn)。該過程中應依照相應的操作規(guī)程完成，以保證切換過程機組的可靠安全性。并網(wǎng)運行機組調速器應依照系統(tǒng)地位與負荷屬性明確轉差系數(shù)。中小型機組向大電網(wǎng)并入均承擔了基礎負荷，調速器轉差系數(shù)應取百分之八。系統(tǒng)變化負荷可由調頻以及跳調風機組進行承擔，確保系統(tǒng)頻率固定的同時此百分之八機組符合保持不變。僅有在系統(tǒng)負荷出現(xiàn)明顯變化，導致穩(wěn)定頻率發(fā)生變化之時，此機組符合方會出現(xiàn)較少的變化。倘若并入大電網(wǎng)之中的小機組錯誤的將轉差系數(shù)標定為很小的數(shù)值或是歸零，那么此機組會在零值以及滿載的狀態(tài)產生功率擺動。僅有在系統(tǒng)無差調頻機組方允許此轉差系數(shù)調節(jié)為零。機組單機在孤立負荷的運行階段中，那么孤立系統(tǒng)負荷均需要由一個機組承擔。該狀況之下運行機組，對調速器裝置、勵磁裝置自動調節(jié)屬性具備較高的標準要求，進而既能符合用戶有功以及無功符合標準，還可確保電能頻率以及電壓水平的可靠穩(wěn)定。

試運行機組第一次帶負荷運行過程中需要利用逐級增加負荷的方法，分別在中小負荷、大負荷以及滿載狀況下運行一定時期，便于在各類符合標準下全面驗證機組水力、機械以及電氣屬性。在漸漸加大負荷的階段中，應細致搜尋機組有可能包含的振動區(qū)，便于正常運行過程中避開此不利工況。針對試運行機組應做好甩負荷校驗，即在周密準備、全面組織下開展，嚴格依照額定負荷四分之一、二分之一、四分之三以及百分之百的次序從小至大逐層開展。僅有在小負荷轉差系數(shù)實施甩負荷試驗均正常合理，也就是機組水壓提高、轉速加大的最高值以及過度階段均契合規(guī)定標準，不高出允許量，沒有各個異常狀況之下，方準許甩更高級別的負荷試驗。該過程應嚴格監(jiān)控機組水機電狀況，并對各類主體數(shù)據(jù)進行必要的記錄。

6 結語

水輪發(fā)電機組為整體電站的核心設備，完善系統(tǒng)改造將顯著提升水輪機整體運行工作效率，擴充年度發(fā)電量，為我國提供更豐富的電力能源，縮減二氧化碳整體排放。為此應注重水輪發(fā)電機組更新改造，確保其可靠安全運行，總結合理的方式方法，抓住要點問題，方能達到事半功倍的工作效果，創(chuàng)設顯著的經(jīng)濟效益與社會效益，實現(xiàn)可持續(xù)的全面發(fā)展。

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