中軍潭水電站增效擴容改造工程建設實效

許林波 李衛(wèi)平

(1.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)村水電及電氣化發(fā)展局，廣西 南寧市 530023； 2.廣西農(nóng)業(yè)投資集團大新發(fā)電分公司，廣西 崇左市 532300)

中軍潭水電站增效擴容改造工程建設實效

許林波1李衛(wèi)平2

(1.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)村水電及電氣化發(fā)展局，廣西 南寧市 530023； 2.廣西農(nóng)業(yè)投資集團大新發(fā)電分公司，廣西 崇左市 532300)

中軍潭水電站于1993年投產(chǎn)運行，經(jīng)過20多年的運行，電站存在設施、機電設備老化，運行參數(shù)下降，故障率上升等問題；并且由于發(fā)電機存在缺陷，影響電站正常運行，水資源得不到充分利用。本文通過對電站增效擴容改造前影響出力、效率潛力的分析，確定“增效、擴容”改造措施。經(jīng)改造后實際運行驗證，電站機組出力、效率大幅提升，安全性、可靠性、經(jīng)濟效益得到很大提高。

中軍潭水電站；增效擴容；技術改造

1 概 述

大新縣中軍潭水電站增效擴容改造項目是“十二五”規(guī)劃實施的第二批農(nóng)村水電增效擴容改造工程，項目總投資1560萬元。工程建設主要項目有：水輪發(fā)電機組增容改造，裝機容量由2×3750kW改造為2×4000kW;更新改造調(diào)速器，更新監(jiān)控保護設備、高低壓開關柜、戶外開關設備、主變等電氣設備，機械附屬設備、金屬結構維修維護，引水渠道防滲加固，增建副廠房及原廠房修繕等，實施綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)視系統(tǒng)，實現(xiàn)了增效、安全、規(guī)范的改造建設目的，達到了“少人值守”的工程設計標準。

2 增效擴容改造原因分析

2.1 電站發(fā)電出力不足

中軍潭水電站為引水式電站，引水渠道980m，設計過水流量為84.80m3/s。電站內(nèi)建有兩個車間，一車間裝機2×3750kW，引用流量74.60m3/s，設計水頭12.50m,另一車間裝機1×1000kW,引用流量10.20m3/s,由于多年運行的沖刷，造成引水渠內(nèi)側凹凸不平，粗糙增大，輸水能力下降，滲漏水較大，水庫正常蓄水位下電站發(fā)電出力僅達到7900kW，達不到總裝機的額定出力。

2.2 發(fā)電機組定子、轉子運行溫度過高

2×3750kW機組于1993年投產(chǎn)運行，經(jīng)過20多年的運行，設備老化，性能下降，經(jīng)過多次維修維護，轉輪葉片變形，漏水量增大，效率下降；發(fā)電機組投產(chǎn)以來定子、轉子運行溫度過高，額定負荷下定子線圈運行溫度高達125℃，導致絕緣過快老化，多次發(fā)生擊穿短路事故。為了避免擊穿短路事故的發(fā)生，電站以降低有功負荷和無功負荷運行，為解決發(fā)電機組定子、轉子運行溫度過高問題，歷年來經(jīng)不斷探討處理，對發(fā)電機組的風路、冷卻及轉子線圈等方面進行技術改造，但收效甚微，僅能降低3℃，沒能從根本上解決溫度過高問題；由于發(fā)電機組運行溫度過高，不僅浪費水力資源造成發(fā)電量損失，且由于發(fā)無功功率不足欠發(fā)無功電量受扣罰，年受罰30萬元左右。

3 “增效、擴容”論證

中軍潭水電站把“增效、擴容”作為設計論證的核心，通過對水文資源、過水流道、設備選型進行充分的分析論證，對布局規(guī)劃、焦點問題進行細致研究，科學、準確、標準的確定設計方案。

3.1 對水資源利用進行充分的分析論證

水電增效改造必須對水資源利用進行充分的分析論證，根據(jù)水文資料，中軍潭電站壩址多年平均流量為107m3/s，已引用水流量為84.80m3/s，經(jīng)設計計算在引水渠道斷面的基礎上采取渠道全線防滲三面光處理，可使過水能力達105m3/s，從水文條件及引水設施基礎條件上具有增容的余量。

3.2 機組原有基礎和土建基礎具備增效擴容條件

機組原有基礎和土建基礎，結合水力條件，可增容到2×4500kW,但需加高定子、轉子高度，引起機組轉動部件的加長，且滿2×4500kW運行時間段短，利用率不高；機組增容為2×4000kW,機組滿2×4000kW運行的時間段較長，且按照機組設計余量可在較短的時段內(nèi)以4500kW運行，故年利用率更高，且機組基本尺寸不變。

4 “增效、擴容”方案

原水輪機轉輪設計效率只有86%，利用新技術、新材料、新工藝制造生產(chǎn)的水輪機轉輪效率高達90%以上，水輪機轉輪的更新改造可提高效率4%以上。 經(jīng)過論證，確定增容改造為2×4000kW,更換水輪機轉輪，提高水輪機效率和出力；更換加大定轉子線圈截面和加長鐵芯、更換絕緣為F級，增加發(fā)電機組容量，改善發(fā)電機組性能，降低發(fā)電機運行溫度；引水渠道三面光處理，增加渠道過水能力。

4.1 電站特征參數(shù)

電站的水位和凈水頭等特征參數(shù)見表1。

表1 中軍潭水電站主要特征參數(shù) 單位：m

4.2 改造前后水輪機主要參數(shù)

技術改造前、后1號～2號水輪機基本參數(shù)見表2。

表2 中軍潭水電站改造前后1～2號水輪機主要參數(shù)

4.3 改造前后轉輪特性曲線

技術改造前后轉輪特性曲線見圖1、圖2。

5 水輪機轉輪改造前后轉輪特性對比分析

a.效率比較。ZZK283/400-LH-250在發(fā)4000kW時的效率比ZZ560a-LH-250發(fā)3750kW時的效率高出4%。

b.汽蝕性能比較。ZZK283/400-LH-250在發(fā)4000kW時的汽蝕系數(shù)與ZZ560a-LH-250發(fā)3750kW時的汽蝕系數(shù)相當，即相對于ZZ560a-LH-250轉輪，ZZK283/400-LH-250轉輪能更加穩(wěn)定地運行在出力比較高的工況中。

圖1 ZZ560a-LH-250型轉輪的運轉特性曲線

圖2 ZZK283/400-LH-250型轉輪的運轉特性曲線

c.超發(fā)性能。ZZK283/400-LH-250的超發(fā)性能明顯要高于ZZ560a-LH-250。

6 更新改造后成效

原水輪機轉輪為ZZ60a-LH-250,轉輪葉片為45號鋼，額定效率86%，最高效率89%，額定流量為37.40m3/s,更換為ZZK283/400-LH-250不銹鋼轉輪，額定效率90%，最高效率92%，額定流量38.20m3/s；原發(fā)電機組為SF3750-28/3900,改造為SF4000-28/3900的發(fā)電機組，工程改造后成效明顯。

6.1 實現(xiàn)了中軍潭水電站增效擴容改造的預期目的

機組增容技術改造和引水渠道過水性能的改造，實現(xiàn)了中軍潭水電站增效擴容改造的預期目的，投產(chǎn)以來，機組運行穩(wěn)定，各項指標均達到規(guī)范要求，機組能出力在4000kW負荷下穩(wěn)定運行,經(jīng)運行對比分析，在豐水期河流水在設計正常蓄水位下，電站發(fā)電總出力達到9000kW,比改造前增加出力1100kW。經(jīng)一年的發(fā)電運行分析，增效擴容改造后年增加發(fā)電量780萬kW·h,增長20%以上。

6.2 改造工程從根本上消除了長期以來困擾電站的安全隱患

通過改造更換并增加定子轉子線圈截面及升級絕緣為F級、更換鐵芯并增加鐵芯長度、更新空氣冷卻器和增加冷卻容量等，終于徹底解決了這一歷年困繞發(fā)電生產(chǎn)的難點問題，經(jīng)改造后發(fā)電機定子線圈最高溫度僅為90℃，比改造前降低了35℃，發(fā)電機組運行參數(shù)均能達到額定參數(shù)運行，發(fā)電機組的降溫改造也從中促進生產(chǎn)環(huán)境溫度的改善。

原引水渠道沿線三面(渠側及渠底)均有滲漏水，沿渠邊巡查可聽到水從渠內(nèi)往渠外滲冒的聲音，滲漏造成渠邊、渠底的掏空坍塌，多年來電站不斷的修修補補，多次組織塌方搶險搶修，不僅影響發(fā)電生產(chǎn)，對沿渠的農(nóng)田農(nóng)作物損害影響較大，曾有導致群眾到電站索賠事件；本次增效擴容改造工程對渠道全線全面的進行維護維修，渠道內(nèi)側得到重新砂漿批面防滲、渠底采取混凝土加固處理、多處掏空坍塌的渠底渠側進行了混凝土灌漿和混凝土擋墻或毛石混凝土墻處理，經(jīng)改造施工后渠道全線全面防滲和除險加固，長年潛在的隱患全面消除。優(yōu)化設備布局，提高安全生產(chǎn)水平。增效擴容改造前中軍潭水電站廠房各層的地面空間不夠寬裕，不能滿足設備檢修維護期間的現(xiàn)場定置管理要求和安全需要，為此改造工程需對廠房空間和設備布局進行優(yōu)化，為拓寬非設備區(qū)空間，在原廠房外的右側建造了副廠房，將原設置于廠房內(nèi)的中控室及設備盤柜和原設置于水機層的高壓設備盤柜均移到新建副廠房，將發(fā)電機層機旁盤往尾水側移置，拓寬了發(fā)電機組周邊空間和水機層非設備空間，改造后廠房更寬敞、布局更簡潔、監(jiān)控更集中、環(huán)境更安全，減小機組噪音對值班人員身心健康的危害。

7 結 語

中軍潭水電站增效擴容改造工程的實施，提高了水能的利用率和電站經(jīng)濟效益，提升了電站安全生產(chǎn)水平，確保值班人員身心健康。目前，我國有待開發(fā)水利資源逐步減少，而且新電站投資大、周期長，而老電站增效擴容改造由于不需要再建大壩等水工建筑物，故投資少、周期短、收益大。因此，水電站增效擴容改造是一項投入少產(chǎn)出多效益顯著的項目，是提高水電站運行可靠性和經(jīng)濟性的最主要方向。中軍潭水電站的成功改造，值得其他類似水電站參考和借鑒。

Construction Actual Effect of Efficiency Improvement and Capacity Expansion Reconstruction Project in Zhongjuntan Hydropower Station

XU Linbo1, LI Weiping2

(1.RuralHydropowerandElectrificationDevelopmentBureauinGuangxiZhuangAutonomousRegion,Nanning530023,China; 2.GuangxiAgriculturalInvestmentGroupDaxinPowerGenerationBranch,Chongzuo532300,China)

Zhongjuntan Hydropower Station was put into operation in 1993. The hydropower station has the following problems after operating for more than 20 years: aging facilities and electromechanical equipment, decreasing operation parameters and rising failure rate, etc. In addition, normal operation of the hydropower station is affected due to defect in the power generator, and water resources are not fully utilized. In the paper, influence output and efficiency potential before efficiency improvement and capacity expansion reconstruction of the hydropower station are analyzed, and the measures for ‘efficiency improvement and capacity expansion’ reconstruction are determined. The unit output and efficiency of the hydropower station are greatly improved according to actual operation verification after reconstruction. The safety, reliability and economic benefits are greatly improved.

Zhongjuntan Hydropower Station; efficiency improvement and capacity expansion; technical renovation

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.07.009

TV734

A

1673-8241(2017)07- 0027- 04