老舊水電站增容改造的途徑與措施

邱春華，魏啟波，邱岳陽

（1.臨沂市岸堤水庫管理處，山東 臨沂 276217；2.沭河水利工程管理局，山東 臨沂 276000）

1 基本情況

岸堤水庫電站為壩后式水電站，1976年竣工并網(wǎng)發(fā)電，共有6臺水輪機發(fā)電機組，裝機容量6750kW，設(shè)計年發(fā)電量1500萬度。機電設(shè)備老化嚴重，發(fā)電機、水輪機、電氣控制保護系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、油壓控制系統(tǒng)等設(shè)備型號陳舊，配件停產(chǎn)，設(shè)備維修養(yǎng)護困難，發(fā)電效率低，急需進行增容改造。

2015年對6臺水輪發(fā)電機組進行了更新改造，改造工程不改變原有輸水管道、機坑規(guī)模尺寸，充分利用原有機組的轉(zhuǎn)子、定子鐵芯、連通軸、上下機架等設(shè)備。整個改造工程歷時一年半，改造后電站裝機容量增加到8000kW，增加裝機容量18.5%。

2 改造的措施

本次增容改造設(shè)計時，按照水庫水量調(diào)度方案和汛期來水規(guī)律,將1～4號機組作為水庫高水位調(diào)洪機組，運行水頭多在設(shè)計水頭以上運行，年平均放水量占電站放水總量的84.02%，5號機組作為城市供水水能利用機組，運行水頭控制在14m至10m范圍之間，年發(fā)電供水量占電站放水總量的15.98%。

2.1 1號發(fā)電機組改造

對1號水輪發(fā)電機組，為適應(yīng)水庫加權(quán)平均水頭的提高，改善水輪機的運行工況，保持原水輪機的公稱直徑不變，按23m水頭重新選型水輪機，采用效率較高的ZDK160-LH-180轉(zhuǎn)輪，替代原來的水輪機轉(zhuǎn)輪，材質(zhì)采用不銹鋼，流量保持14.7m3/s，效率高達92%，出力 3051kW。更換轉(zhuǎn)輪室為不銹鋼轉(zhuǎn)輪室，其它保持不變。由于水輪機的出力大幅增加，發(fā)電機容量增幅較大，原1號發(fā)電機無法達到所需的容量，只能整體更換，選型為SFJ2880-16-2600的發(fā)電機，功率因數(shù)為0.8時效率為96.2%，將原來的直流勵磁機改為無刷交流勵磁機。

2.2 2、3、4 號機組的改造

在充分利用原水輪機部件情況下，更新轉(zhuǎn)輪，選擇型號為HL3689-LJ-123不銹鋼轉(zhuǎn)輪，新轉(zhuǎn)輪的效率92%，設(shè)計水頭為23m，流量8.2m3/s，出力為1702kW。

對發(fā)電機的改造與處理，一是更換定子線圈，采用較大截面積的F級絕緣的定子線圈，增加其過電流能力減少發(fā)電機的銅損，為減少定子線圈的振動，對定子線圈進行整體真空浸染處理，增強線圈穩(wěn)定和抗潮能力。二是更換較大截面積的轉(zhuǎn)子磁極線圈，以增加轉(zhuǎn)子線圈過電流能力減的銅損；更換轉(zhuǎn)子磁極鐵芯，采用高導(dǎo)磁性的鐵芯片，減少發(fā)電機轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙，降低磁阻，增加勵磁效率，減少發(fā)電機的鐵損；更換較大面積的發(fā)電機風扇葉片，以增強散熱能力。三是更換發(fā)電機的推力軸承、上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承處的巴士合金瓦為氟塑瓦，減少發(fā)電機的機械損耗。四是為提高自動化控制性能，更換發(fā)電機的剎車制動器，改為雙腔油壓制動、復(fù)位制動器。其它部件保留，改造后的發(fā)電機容量由原來的1250kW增加到1600kW，發(fā)電機的效率為96.5%（功率因數(shù)為0.8時）。

2.3 5、6號水輪發(fā)電機的改造

將原有5、6號河道發(fā)電機組拆除，新建了一臺管道發(fā)電機組—5號機組，改造方案是按照12m水頭，重新選型整體更換水輪機，利用原來的混凝土蝸殼，選擇HLA551-LH-65水輪機，設(shè)計水頭12m，最大水頭 20m，設(shè)計流量 1.98m3/s，效率為88%，額定出力210kW，最大出力350kW；增設(shè)尾水管、尾水彎管、及尾水管檢修蝶閥、接入三通管等組件，將尾水接入城市供水管道。因水庫水位是變化的,機組最大水頭20m，在水庫最高水位時，為了仍能保證機組正常運轉(zhuǎn),發(fā)電機容量按最高水頭確定，采用型號為SFJ320-14/990的發(fā)電機，效率為96.6%，水輪機安裝高程不變，原廠房不變。

3 改造后的機組效率

通過對水電站機組半年的運行監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析和測算，由于受水庫水位和調(diào)度水量影響，1～4號水輪機平均在87%效率區(qū)運行，發(fā)電機的平均效率在95%，機組平均效率為82.65%（水輪機與發(fā)電機效率乘積）。除檢修外，5號機組作為常年發(fā)電機組，水輪機平均在84%以上的效率區(qū)運行，發(fā)電電機的平均效率95%，機組的平均效率為79.8%。5臺機組的加權(quán)平均效率為82.19%。綜合能效比改造前的60.05%提高21.13%。