何正華

摘 要：在本文中，筆者根據(jù)里畈水庫一級電站實際情況，系統(tǒng)分析了該電站增效擴容改造工程的優(yōu)化設(shè)計。從該工程的概況入手，分析了水電站運行的現(xiàn)狀及其中存在的問題，針對問題和現(xiàn)狀，提出了較為系統(tǒng)的增效擴容改造方案。

關(guān)鍵詞：增效擴容；改造工程；優(yōu)化設(shè)計

為了最大程度上利用里畈水庫一級電站原有的水工建筑物，就必須選擇最為合適的機型，并結(jié)合電站的實際情況來確定增效擴容改造工程的優(yōu)化設(shè)計，而里畈水庫一級水電站增效擴容的改造工程的關(guān)鍵就是確保發(fā)電機組的穩(wěn)定運行。

1 工程概況

2 工程運行現(xiàn)狀及主要存在問題

里畈水庫一級電站運行至今已三十余年，電站各部位均存在一定安全隱患，現(xiàn)將電站運行情況分訴如下：

2.1 進水閘門

在大壩182.03高程處設(shè)有WL20/45螺桿式檢修閘門，通過連桿在大壩壩頂218.03m處啟閉室內(nèi)操作，大壩加高后，啟閉室封閉在上廊道內(nèi)，關(guān)閉后雖然有滲漏，但通過平時的維護運行情況一直安全可靠。

2.2 引水涵洞、管道

電站發(fā)電引水涵洞和管道管徑?1.4m，壩內(nèi)涵洞運行正常，不滲水；管道原是露天鋪設(shè)，進入廠房前為鋼管混凝土埋設(shè)，1996年大壩加高后，露天鋪設(shè)鋼管進行鋼筋混凝澆灌，廠房內(nèi)鋼管（裸露部分約30cm）采用?16鋼筋打箍加強，目前運行正常。

2.3 蝶 閥

2007年電站三臺進水蝶閥全部由原來6kg壓力更換為10kg壓力的D941X-1的閥門，目前運行正常。碟閥坑之間滲漏水溝槽連通，1號與2號蝶閥坑之間布置集水井和一臺排水泵，當(dāng)2號機尾水位低于集水井水位時，集水井水自行排出，尾水位高于集水井時，由水泵排水，排水正常。

2.4 水輪發(fā)電機組

水輪機型號為LH240-WJ-50，由金華水輪機廠生產(chǎn)，通過三十多年運行，導(dǎo)水機構(gòu)銹蝕嚴重，操作不靈、滲水量大，工作機構(gòu)汽蝕嚴重，效率低；發(fā)電機型號是SFW-320-8，由臨海電機廠生產(chǎn)，相復(fù)勵勵磁，由于運行多年，經(jīng)常發(fā)生勵磁線圈、定子繞組短路，發(fā)生電氣故障，造成運行不正常。

2.5 二次部分

原設(shè)計繼電保護簡單單一，保護少，并網(wǎng)操作用手工，運行安全性底。

2.6 廠 房

電站主廠房長22.9m，層高兩層7.5m，布置三套HL240-WJ-50發(fā)電機組，水輪機安裝高程180.03m；廠房基礎(chǔ)建在基巖上，地質(zhì)條件良好；地上部分為鋼筋混凝土磚木結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，屋面瓦片需要翻新；控制室屋面需要平改坡加蓋瓦片防滲漏、高配室1998年重建正常。

2.7 變壓器

變壓器為S7型，容量1250kVA，銅鐵損大，屬于淘汰產(chǎn)品，需要更新。

2.8 進站道路

原為電站門口橋梁與大壩左岸連通，1996年橋梁被泄洪洪水沖毀，無法恢復(fù)，需繞道通行，大件設(shè)備無法進出，2009年沿電站下游防洪堤修建3m寬水泥路約200m，尚有約200m路因征用土地未果而擱置。暫無公路到達。

根據(jù)上述，本電站存在的主要問題為電氣設(shè)備及機組老化嚴重，效率低，能耗大；嚴重地影響了生產(chǎn)安全。為了確保國有資產(chǎn)保值增值，消除該水電站安全隱患，同時考慮提高清潔能源的使用率，充分利用水力資源，挖掘發(fā)電潛力，增加經(jīng)濟效益，有必要對該水電站及時進行技術(shù)改造。

3 電里畈水庫一級站增效擴容改造工程的優(yōu)化設(shè)計

3.1 增容方案的選擇

本次增效擴容改造工程，根據(jù)業(yè)主的意見和電站最近幾年的實際運行情況，筆者擬定了3個優(yōu)化方案，分別是1200kW、1890kW、2400kW方案中，選1890kW方案。從增效擴容的投資和收益方面分析，裝機容量應(yīng)該從18790kW增加到1890kW。綜合各方面的方案，應(yīng)選擇最優(yōu)的第2方案。

從水工建筑物和機組增容的實際情況看，裝機容量如果增加到3000kW的時候，則機組的額定電流就會比原機組增加超過40A，這個時候引水系統(tǒng)水工建筑物以及機組的效率都不在合理的范圍之內(nèi)，因此，此方案不能列入本次方案進行相關(guān)的比較。裝機容量在1200kW到2400kW之間均在合理的范圍內(nèi)，額定電流也在合理的范圍內(nèi)。綜合裝機利用的小時數(shù)、單位千瓦的投資額度和發(fā)電量，以及水工建筑物機組的綜合運行情況等相關(guān)指標(biāo)，并且考慮到業(yè)主的意見，最后選擇的是1890kW的裝機容量。

3.2 水輪機優(yōu)化設(shè)計方案

根據(jù)里畈水庫一級電站的一基本情況，筆者選擇采用HLA866a型轉(zhuǎn)輪來替換機組原來的轉(zhuǎn)輪，但是原水輪機通流部位的部件保持不變，這樣就可以達到以最為經(jīng)濟的手段進行水輪機優(yōu)化的目標(biāo)。

通過表1中的參數(shù)對比，我們可以清楚地看到，改造之后的轉(zhuǎn)輪的效率要明顯高于改造之前的轉(zhuǎn)輪的效率。水輪機經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計后，額定工時的最大運行效率達到了95.61%，要遠遠高于本次改造水輪機額定工況點效率大于等于92%的預(yù)期目標(biāo)。

3.3 發(fā)電機設(shè)備的優(yōu)化改造方案

當(dāng)前的發(fā)電機組的設(shè)備已經(jīng)嚴重老化，主要集中在發(fā)電機定和轉(zhuǎn)子繞組絕緣這兩部分部件上，此外也有絕緣耐熱等級比較低，發(fā)電機設(shè)備運行的綜合效率比較差等因素。為了有效提高發(fā)電機的整體發(fā)電性能和有效達成相關(guān)效率指標(biāo)，減少能源的消耗，在保持原發(fā)電機尺寸結(jié)構(gòu)不變的情況下，計劃將發(fā)電機的轉(zhuǎn)子和發(fā)電機定全部更換為F級別的絕緣。發(fā)電機設(shè)備經(jīng)過優(yōu)化，發(fā)電機定和轉(zhuǎn)子繞組以及絕緣，增大了導(dǎo)線截面的面積，提高了相應(yīng)的槽滿率，增加了發(fā)電機的額定容量。與此同時，對發(fā)電機的測溫元件、信號元件等也進行了更新?lián)Q代。

3.4 技術(shù)改造優(yōu)化方案

發(fā)電機冷卻設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計：

關(guān)于冷卻方式的選擇，該電站舊有的發(fā)電機是B級絕緣，自然風(fēng)的冷卻方式效果已經(jīng)無法滿足發(fā)電站正常的發(fā)電需要，因此，需要對舊有的發(fā)電機冷卻方式進行優(yōu)化。這無疑會加快線圈絕緣的老化，且在發(fā)電機組停機過程當(dāng)中，其線圈很容易受潮，因此就會嚴重影響發(fā)電機組的安全性和可靠性，給發(fā)電機組的正常運行埋下隱患。針對上述存在的問題，本次優(yōu)化設(shè)計，是將原來的敞開式的自然通風(fēng)冷卻方式優(yōu)化成為封閉式的空氣冷卻器冷卻方式，此外，還安裝輔助的加熱器設(shè)備。

關(guān)于空氣冷卻器的設(shè)計。原來的發(fā)電機組機坑通道的寬度僅僅有700mm，空間非常有限，因此不利于冷卻系統(tǒng)的布置。為了有效保證發(fā)電機組通道有足夠的布置空間，方便發(fā)電機及其設(shè)備的檢查和維護，擬將定子外壁懸掛的空冷器出做成四方形。同時，將冷卻器的無縫管與合金的金屬疊片相結(jié)合，以此來增加散熱的面積，有效提高冷卻器制冷的效果?？绽淦鞯暮穸葍H有170cm，而發(fā)電機組通道的最窄處有450cm，這就達到了最大程度上節(jié)省空間的目的。而發(fā)電機組實際運行的結(jié)果也表明，發(fā)電機組在3.4MW額定負荷運行的情況下，定子的實際最高溫度只有84.4度，遠低于F級絕緣所允許的最高的140度的設(shè)計溫度。

4 結(jié) 語

在不改變水工建筑物的前提下，對原有的電站進行增效擴容的優(yōu)化改造，根據(jù)電站的實際情況，選擇最適合水輪機型號是增效擴容優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵所在。在本文中，筆者根據(jù)里畈水庫一級電站的一基本情況，經(jīng)過系統(tǒng)研究，確定了擴容的方案，對發(fā)電機及其設(shè)備進行了系統(tǒng)改造。經(jīng)過本次改造，電站的穩(wěn)定性和安全性增強。

參考文獻

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