寧武水電站增效擴(kuò)容改造工程淺談

陸妹英

（武鳴縣寧武防洪調(diào)水管理所 廣西南寧 530100）

寧武水電站增效擴(kuò)容改造工程淺談

陸妹英

（武鳴縣寧武防洪調(diào)水管理所 廣西南寧 530100）

本文以寧武水電站綜合技術(shù)改造工程為例，對(duì)該水電站工程現(xiàn)狀及存在的問題進(jìn)行了分析與研究，提出了水電站改造的必要性，并具體說明了水電站增效擴(kuò)容改造的部分內(nèi)容，通過此次改造，寧武水電站的效益得到提高，同時(shí)也確保了水電站在之后運(yùn)行過程中的安全性、可靠性與穩(wěn)定性。

水電站；增效；改造；水輪機(jī)

引言

武鳴城區(qū)位于廣西壯族自治區(qū)中南部，東與賓陽(yáng)相連，西與平果、隆安接壤，北與馬山、上林交界，是廣西首府南寧市的城區(qū)，交通便利，全城區(qū)境內(nèi)村村通公路，鄉(xiāng)鄉(xiāng)通柏油馬路。

寧武水電站壩址以上集雨面積2890km2，多年平均流量54.95m3/s，徑流量 127000.75萬m3；已裝機(jī)容量（2×630）kW，多年平均發(fā)電量 513萬kW·h，年利用小時(shí)數(shù)4500h；設(shè)計(jì)引用流量37.6m3/s，設(shè)計(jì)水頭4.2m。多年平均降雨量1323.6mm，多年平均蒸發(fā)量1215.3mm（水面蒸發(fā)量）。

受業(yè)主的委托，設(shè)計(jì)組于2011年12月組織有關(guān)人員進(jìn)行實(shí)地勘察。擬將機(jī)組裝機(jī)容量由原來的（2×630）kW增至（2×700）kW，原多年平均發(fā)電量為513萬kW·h，技改增容后，多年平均發(fā)電量將增至609萬kW·h。

1 當(dāng)前電站運(yùn)行現(xiàn)狀及存在的主要問題

1.1 電站運(yùn)行現(xiàn)狀

寧武水電站于1988年開工建設(shè)，1989年建成發(fā)電，屬引水式電站，工程是以灌溉為主，兼顧發(fā)電等綜合利用，總裝機(jī)2臺(tái)機(jī)組，容量為2×630kW，機(jī)組發(fā)電是與大網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，電站壩址以上積雨面積為2890km2，設(shè)計(jì)水頭4.2m，單機(jī)設(shè)計(jì)流量為18.8m3/s。

1.2 存在的主要問題

1.2.1 水工建筑物陳舊

經(jīng)過二十多年運(yùn)行，部分建筑物已經(jīng)比較陳舊，鋼門窗銹蝕，木門窗霉?fàn)€變形，面層剝離。

1.2.2 水輪發(fā)電機(jī)組老化，機(jī)組效率低

寧武水電站于1988年動(dòng)工建設(shè)，于1989年投產(chǎn)運(yùn)行，至今已經(jīng)有23年根據(jù)規(guī)定水電工程機(jī)電設(shè)備的使用年限（服役期）為25年，水電站大部分機(jī)電設(shè)備已接近此年限。因此出現(xiàn)了機(jī)組出力不能達(dá)到額定出力，并出現(xiàn)了一些影響正常安全運(yùn)行的問題和事故隱患。

1.2.3 變壓器嚴(yán)重老化

寧武水電站主變?yōu)镾7型油浸式變壓器。根據(jù)規(guī)定，S7系列變壓器已在1998年12月31日后停止生產(chǎn)和銷售。隨著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，S7系列變壓器在產(chǎn)品性能及運(yùn)行可靠性等方面的缺點(diǎn)逐漸顯露出來。此類型變壓器變損大，運(yùn)行溫度高，而且經(jīng)過這么多的運(yùn)行變壓器的繞組絕緣介質(zhì)已嚴(yán)重老化。

1.2.4 戶外斷路器、隔離開關(guān)操作困難

寧武水電站油斷路器和隔離開關(guān)自投入運(yùn)行后，至今其電氣性能和機(jī)械性能均已變差，斷路器電動(dòng)操作困難，時(shí)常合閘不到位；隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象，動(dòng)靜觸頭配合移位，接觸壓力變小，接觸電阻增大，有過熱發(fā)火現(xiàn)象。

1.2.5 電力電纜及控制信號(hào)電纜氧化受損

原設(shè)計(jì)的選用的低壓電力電纜是鋁芯材料，經(jīng)三十多年的運(yùn)行，電纜的接頭處及導(dǎo)線已氧化受損，威脅到電站的安全運(yùn)行?，F(xiàn)使用的控制電纜為不帶屏蔽電纜，不符合改造后計(jì)算機(jī)監(jiān)控的要求。

2 工程任務(wù)、改造的必要性及規(guī)模

寧武電站位于武鳴城區(qū)7km處，在武鳴河的右岸，工程是以灌溉為主，兼顧發(fā)電等綜合利用，建于1988年10月，于1989年12月31日第一臺(tái)機(jī)組試運(yùn)行，1990年元月22日第二臺(tái)機(jī)組也投入發(fā)電。該電站屬引水式電站，總裝機(jī) 2臺(tái)機(jī)組，容量為（2×630）kW，兩臺(tái)主變?yōu)椋?00×2）kVA，機(jī)組發(fā)電是與大網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。

寧武水電站投入運(yùn)行20多年，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也存在機(jī)組效率低、機(jī)電設(shè)備老化、運(yùn)行不穩(wěn)定、故障率高，自動(dòng)化程度低等問題。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)越來越廣泛的應(yīng)用，實(shí)施計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化技術(shù)改造，可使運(yùn)行安全可靠性大大提高，操作維護(hù)也十分方便，可達(dá)到了“無人值班、少人值守”的要求，提高了運(yùn)行的可靠性又節(jié)省了運(yùn)行成本。為充分利用水能資源，提高電站經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)行的安全可靠性，對(duì)電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造是必要的。

本次增效擴(kuò)容改造是將電站裝機(jī)容量為（2×630）kW增到（2×700）kW。使總裝機(jī)容量達(dá)到1400kW，多年平均發(fā)電量為609萬kW·h，年利用小時(shí)4350h，額定水頭為4.20m，發(fā)電引用流量為40.0m3/s。最終能量指標(biāo)計(jì)算成果見表1。

3 增效擴(kuò)容改造的主要內(nèi)容

3.1 更換水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪及導(dǎo)水機(jī)構(gòu)

目前寧武水電站的裝機(jī)容量為1260kW（2×630kW），通過更換水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪及導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，提高水輪機(jī)過水能力和效率，機(jī)組出力為：

式中：Q=20m3/s，H=4.2m，η水=90％，η發(fā)=95％。

表1 水電站動(dòng)能指標(biāo)表

由此可見，寧武水電站通過更換水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪及導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、更換水輪發(fā)電機(jī)定子線圈、機(jī)組出力可以達(dá)到700kW。

3.2 更換水輪發(fā)電機(jī)定子線圈、轉(zhuǎn)子線圈

發(fā)電機(jī)的運(yùn)行年限已達(dá)20多年，運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)，絕緣老化，轉(zhuǎn)子松動(dòng)。機(jī)組出力不足，所以也需要更換發(fā)電機(jī)定子線圈、轉(zhuǎn)子線圈，以提高水輪發(fā)電機(jī)效率及容量。

發(fā)電機(jī)增效擴(kuò)容技改后應(yīng)符合國(guó)家的系列規(guī)范，見表2。

表2

發(fā)電機(jī)電磁負(fù)荷應(yīng)滿足的條件如表3。

表3

3.3 更換調(diào)速器

更換調(diào)速器，以滿足調(diào)節(jié)水輪機(jī)的要求。而且本次技改后將采用綜合自動(dòng)化裝置對(duì)整個(gè)電站監(jiān)控保護(hù)，原調(diào)速器也已不能滿足微機(jī)監(jiān)控、通訊等要求，需更換微機(jī)調(diào)速器2臺(tái)。

3.4 更換廠內(nèi)橋式起重機(jī)

70年代我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的通用橋式起重機(jī)電控設(shè)備為XQR系列，此后，進(jìn)行了部分改進(jìn)，增設(shè)了空氣斷路器、增加運(yùn)行機(jī)構(gòu)的換相接觸器、采用CJ2O系列接觸器，同時(shí)還考慮要增設(shè)滑行擋、電流起動(dòng)原則、加轉(zhuǎn)子接觸器熔焊檢查環(huán)節(jié)；但整個(gè)系統(tǒng)均未脫離七十年代產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)思路，產(chǎn)品性能未有本質(zhì)的改，且電氣元件增多，故障率也明顯增加，維護(hù)困難。因此，更換新的橋式起重機(jī)，以滿足電站檢修的要求。型號(hào)為：QD電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)20/5t，跨度8.5m。

3.5 一次電氣部分的技術(shù)改造

（1）將電站原用的老式S7型變壓器更換成節(jié)能低耗的S11型變壓器。

（2）將電站原用的低壓發(fā)電機(jī)控制柜及廠用配電柜進(jìn)行更換（包括更換斷路器、隔離開關(guān)、互感器等）。

（3）將站內(nèi)老式的直流系統(tǒng)和勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行更換。

（4）將站內(nèi)已用多年老舊的0.4kV的電力電纜更換成VV22型交聯(lián)聚乙烯絕緣銅芯電力電纜。

（5）將原10kV側(cè)縣城明秀開關(guān)站線路用的DW2-10型多油斷路器更換成真空斷路器。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是當(dāng)前水電站監(jiān)控系統(tǒng)的主流模式具有自動(dòng)化程度高、運(yùn)行維護(hù)工作量少等優(yōu)點(diǎn)。本次技改按“無人值班（少人值守）”的原則設(shè)計(jì)，采用以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)的全廠集中監(jiān)控方案，對(duì)全站機(jī)組、主變、出線、廠用變和公共設(shè)備等進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和保護(hù)，通過對(duì)主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)、快速數(shù)字處理，完成故障診斷、保護(hù)動(dòng)作等。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用全分布開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分為電站控制級(jí)和現(xiàn)地控制單元級(jí)兩級(jí)。廠級(jí)工作站、LCU通過10M/100Mbps光纖交換式以太網(wǎng)快速通信。

3.6 水輪機(jī)組的選擇

根據(jù)寧武水電站最大水頭為5.0m，水輪機(jī)運(yùn)行水頭范圍為3.8～5.0m，根據(jù)水電站運(yùn)行水頭的變幅，原來選擇軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組是合適的，故本階段還是推薦采用軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用原有的水工建筑物，以減少投資。本次增效擴(kuò)容同樣選擇水輪機(jī)為ZT810軸流停機(jī)機(jī)械調(diào)漿式水輪機(jī)，漿葉角度選為35°，增大水輪機(jī)過流能力，流量達(dá)到Qr=20.0m3/s。

其技術(shù)指標(biāo)為：水頭Hd=3～8m

流量 Q=10～30m/s

轉(zhuǎn)速n=150～187.5r/min

出力 N=200～1400kW，ηmax=92％

4 擴(kuò)容改造后的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

寧武水電站增效擴(kuò)容改造工程較簡(jiǎn)單，建筑材料供應(yīng)可靠，施工條件非常優(yōu)越，項(xiàng)目施工期半年即可改造完成發(fā)電運(yùn)行。

從國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的結(jié)果看，寧武水電站增效擴(kuò)容改造工程在經(jīng)濟(jì)上是合理的，經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率達(dá)20.62％，經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值為386.83萬元，投資指標(biāo)較好。

財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)結(jié)果各項(xiàng)指標(biāo)均合理可行，所得稅后財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率11.02％，財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值（i=7％）為123.70萬元，靜態(tài)投資回收期為8.83年。

從社會(huì)效益看，本工程屬于國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的再生能源項(xiàng)目，電站的興建可緩解電力電量不足的供應(yīng)狀況，為武鳴城區(qū)的工農(nóng)業(yè)發(fā)展提供電力資源，使武鳴城區(qū)能盡快發(fā)揮本地區(qū)資源優(yōu)勢(shì)，加快經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的速度。

5 結(jié)束語(yǔ)

寧武水電站增效擴(kuò)容改造，主要是根據(jù)目前的地形與氣象條件，對(duì)已經(jīng)達(dá)到使用年限的機(jī)電設(shè)備和對(duì)年久達(dá)不到運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的水工建筑物進(jìn)行修復(fù)，改造已不適應(yīng)現(xiàn)有條件的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了在原基礎(chǔ)上的以新?lián)Q老，以社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水電的要求為動(dòng)力，以先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)為依托，采取多種綜合技術(shù)措施，達(dá)到節(jié)省資金、提高經(jīng)濟(jì)效益、確保安全的目的。

[1]萬斌.淺談梅山水電站勵(lì)磁系統(tǒng)的成功改造[J].科技與創(chuàng)新，2016，11.

TV738

A

1004-7344（2016）23-0066-02

?水電站機(jī)組綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016，09.

2016-7-15

陸妹英（1972-），女，助理工程師，大專，主要從事發(fā)配電運(yùn)行方面工作。