橫錦一級電站3號(hào)機(jī)組增效擴(kuò)容工程技術(shù)方案分析

張盛陽，孫見波，樓天宇

(1.東陽市橫錦水庫管理局，浙江　東陽　322119；2.杭州亞太水電設(shè)備成套技術(shù)有限公司，浙江　杭州　310012；3．水利部農(nóng)村水電工程技術(shù)研究中心，浙江　杭州　310012)

橫錦一級電站3號(hào)機(jī)組增效擴(kuò)容工程技術(shù)方案分析

張盛陽1，孫見波2，3，樓天宇1

(1.東陽市橫錦水庫管理局，浙江東陽322119；2.杭州亞太水電設(shè)備成套技術(shù)有限公司，浙江杭州310012；3．水利部農(nóng)村水電工程技術(shù)研究中心，浙江杭州310012)

1工程概況

橫錦水庫一級電站位于浙江省中部，水庫大壩高達(dá)57.5 m，總庫容2.808 5億m3，設(shè)計(jì)正常蓄水位164.2 m，相應(yīng)庫容1.82億m3。電站裝機(jī)4臺(tái)，總裝機(jī)容量為9 750 kW，其中3號(hào)機(jī)組為結(jié)合防汛備用電源所建，可為東陽城區(qū)保障供水；是連續(xù)放水發(fā)電的獨(dú)立機(jī)組，所發(fā)電力并入系統(tǒng)帶基荷連續(xù)運(yùn)行，也可在系統(tǒng)停電時(shí)做廠用電源，94年投入運(yùn)行。3號(hào)機(jī)組一次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)即考慮到低壓直配向庫區(qū)送電，同時(shí)也可以按照運(yùn)行布置升至35 kV與系統(tǒng)并列運(yùn)行，這樣在汛期高水位也能充分發(fā)揮設(shè)備潛力，增加經(jīng)濟(jì)效益。

3號(hào)機(jī)組原裝機(jī)容量500 kW，設(shè)計(jì)水頭38 m，設(shè)計(jì)流量1.84 m3/s。電站設(shè)計(jì)年利用小時(shí)3 300 h，設(shè)計(jì)年發(fā)電量165萬kW·h。由于效率不好，年發(fā)電量只有124萬kW·h。

水輪機(jī)型號(hào)為HL240—WJ—50A，最大使用水頭45 m，使用水頭30～40 m，出力425～654 kW,轉(zhuǎn)速750～1 000 r/min，流量1.7～1.96 m3/s,飛逸轉(zhuǎn)速2 400 r/min。機(jī)組為金華水輪機(jī)廠1993年10月生產(chǎn)制造。

發(fā)電機(jī)型號(hào)為SFW 500—6/850，額定功率因數(shù)0.8，額定電壓0.4 kV，額定電流902 A，臥軸結(jié)構(gòu)，額定頻率50 Hz，轉(zhuǎn)速1 000 r/min，飛逸轉(zhuǎn)速2 400 r/min，額定出力500 kW。機(jī)組為臨海電機(jī)廠1993年6月生產(chǎn)制造。

2增容方案分析

2.1機(jī)組布置形式

該電站的布置形式可以采用電站改造2支點(diǎn)和4支點(diǎn)2種方案，2種方案各有優(yōu)點(diǎn)：2支點(diǎn)布置緊湊，4支點(diǎn)布置機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。機(jī)組的水推力3.2 t，采用滾珠組合軸承具有較大風(fēng)險(xiǎn)，而采用滑動(dòng)軸承成本較高。鑒于電站的軸承座、大軸等部件維護(hù)較好，為了節(jié)省電站改造成本，結(jié)合多座電站的調(diào)研，采用了4支點(diǎn)布置形式，保留原來的軸承座和水輪機(jī)大軸(見圖1)。

2.2水輪機(jī)方案

2.2.1水輪機(jī)選型

轉(zhuǎn)輪是水輪發(fā)電機(jī)組的心臟，水輪機(jī)選型正確是電站改造成功的關(guān)鍵，而僅僅改造轉(zhuǎn)輪也可實(shí)現(xiàn)電站增容效果。通過調(diào)研，有多座電站因水輪機(jī)選擇不當(dāng)，未到達(dá)增效擴(kuò)容的目的。因此，水輪機(jī)選型要結(jié)合電站調(diào)研進(jìn)行合理的分析。

3號(hào)機(jī)組原水輪機(jī)采用HL240型轉(zhuǎn)輪，系從蘇聯(lián)引進(jìn)。隨著設(shè)計(jì)水平的提高，HL240轉(zhuǎn)輪的效率、空化系數(shù)等技術(shù)參數(shù)已經(jīng)落后，逐步被淘汰。目前該水頭段的水輪機(jī)新型號(hào)比較多，可供選擇的優(yōu)秀轉(zhuǎn)輪有A551、PO820、HL360D等。經(jīng)過調(diào)研多座改造電站的效果，A551型號(hào)轉(zhuǎn)輪效率高，空化性能好，運(yùn)行區(qū)合理，選為電站改造的水輪機(jī)型號(hào)。

圖1機(jī)組布置示意

2.2.2水輪機(jī)改造方案

原電站的蝸殼維護(hù)較好，而且蝸殼制造的工期較長，因此改造工程保持蝸殼不變。而轉(zhuǎn)輪、尾水管、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)等部件磨損較嚴(yán)重，特別是轉(zhuǎn)輪空蝕嚴(yán)重，經(jīng)過多次補(bǔ)焊，葉片型線變形嚴(yán)重，降低了電站效率。改造工程技術(shù)方案保持蝸殼不變，更換轉(zhuǎn)輪、尾水管、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)等部件。為了提高抗空化性能，轉(zhuǎn)輪和尾水管進(jìn)口段采用不銹鋼材料。

2.2.3水輪機(jī)技術(shù)參數(shù)

改造后的水輪機(jī)型號(hào)為HLA551—WJ—50，轉(zhuǎn)輪直徑500 mm，額定轉(zhuǎn)速1 000 r/min， 額定水頭36 m，額定出力541 kW，額定流量1.75 m3/s，效率 ≥92.5%。

2.3發(fā)電機(jī)方案分析

發(fā)電機(jī)為臥式采用整體組裝結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合分析[1]，采用了無刷勵(lì)磁方式，發(fā)電機(jī)配置勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，降低了改造成本，并提高了機(jī)組的運(yùn)行可靠性。

發(fā)電機(jī)采用三相交流無刷同步發(fā)電機(jī)，主要由主發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流模塊、交流勵(lì)磁機(jī)3部分組成。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)控制，低壓機(jī)組一體化屏配置無刷勵(lì)磁裝置，該裝置主要由1個(gè)內(nèi)置固態(tài)電路及其外部元件組成1個(gè)整體的箱子，體積小、重量輕、安裝維修方便，使用簡單可靠，通用性強(qiáng)；特別適合于安裝在發(fā)電機(jī)控制屏上，為大幅減小發(fā)電機(jī)現(xiàn)場調(diào)試服務(wù)及提高機(jī)組的整體性提供了條件。

改造后的發(fā)電機(jī)型號(hào)為SFW500—6/850，額定電流902 A，額定電壓400 V，功率因子0.8，額定轉(zhuǎn)速1 000 r/min，效率≥92.5%。

2.4變壓器改造

原來型號(hào)為S7—630變壓器，由于變壓器漏油、損傷、絕緣老化嚴(yán)重，且已被列為淘汰產(chǎn)品，需要報(bào)廢更換；改用為先進(jìn)的低能耗的S11—630/6.3型變壓器，接線方式采用D, YN011，提高了設(shè)備的抑波能力。

2.5電站自動(dòng)化分析

3號(hào)機(jī)組裝機(jī)容量1×500 kW，一機(jī)一變單元接線，一回6.3 kV電壓等級出線。電站采用自動(dòng)化監(jiān)控模式，配置微機(jī)測量、控制、保護(hù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)機(jī)組控制自動(dòng)化。

根據(jù)水電站實(shí)際情況以及設(shè)計(jì)要求，以自動(dòng)控制為主、常規(guī)監(jiān)控為輔的原則，采用了分層分布式結(jié)構(gòu)的水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，由自動(dòng)控制系統(tǒng)(現(xiàn)有)、當(dāng)?shù)乜刂茊卧?、水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器、無刷勵(lì)磁裝置等4部分組成。

當(dāng)?shù)乜刂茊卧灿?套，1套為3號(hào)機(jī)組現(xiàn)地控制LCU(低壓機(jī)組一體化屏，含無刷勵(lì)磁裝置)，

1套為機(jī)組測溫制動(dòng)屏(氣剎，不獨(dú)立配置氣源)，1套為調(diào)速器(原有保留)。

電站安裝視頻圖形系統(tǒng)，提升了運(yùn)行管理的能力。

3改造效果

2015年3月 21日，完成了72 h試運(yùn)行。1年來的運(yùn)行實(shí)踐表明：3號(hào)機(jī)組報(bào)廢重建及增效擴(kuò)容工程設(shè)計(jì)合理，新設(shè)備滿足規(guī)范和合同要求，施工質(zhì)量合格，達(dá)到預(yù)期目的，電站具備“無人值班(少人值守)”運(yùn)行條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]舒靜.小型水電站更新改造適用技術(shù)探討[J].小水電,2011(5):57_59.

[2]徐偉.壺源江水電站1 號(hào)機(jī)組的增容改造[J].小水電,2013(5):72_73.

[3]李世明.東方紅水庫1 號(hào)電站增容改造方案和實(shí)施經(jīng)驗(yàn)[J].小水電,2013(5):69_71.

■

責(zé)任編輯吳昊

收稿日期：2016-03-10

基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃課題(2012BAD10B01)

作者簡介：張盛陽(1976-)，男，助理工程師，主要從事水電站檢修和運(yùn)行管理工作。

E_mail: 652966033@qq.com