燕 京

(中國(guó)水利電力物資有限公司，北京 100040)

碧口水電站發(fā)電機(jī)組增容改造分析

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(中國(guó)水利電力物資有限公司，北京 100040)

介紹了碧口水電站機(jī)組改造的項(xiàng)目背景及必要性，分析了改造后水輪機(jī)的效率特性，以期對(duì)同類型機(jī)組改造工作具有一定的借鑒價(jià)值。

碧口水電站；發(fā)電機(jī)；增容改造

1 項(xiàng)目背景

碧口水電站位于甘肅省文縣碧口鎮(zhèn)上游3 km的白龍江干流上，電站總裝機(jī)容量3×100 MW，工程于1975年12月下閘蓄水，3臺(tái)100 MW立軸懸式混流式水輪發(fā)電機(jī)組，1號(hào)機(jī)于1976年3月投產(chǎn)發(fā)電，2號(hào)機(jī)于1976年4月投入運(yùn)行，3號(hào)機(jī)于1977年6月并網(wǎng)發(fā)電。

30多年來(lái)，隨著發(fā)電設(shè)備運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，設(shè)備老化，檢修工作量增大，運(yùn)行的安全可靠性降低，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)水平在一定程度上限制了設(shè)備的發(fā)電能力。據(jù)此，電站從2009年開(kāi)始，歷時(shí)4年，對(duì)3臺(tái)水輪機(jī)進(jìn)行了增容技術(shù)改造，提高了水輪機(jī)出力和效率。同時(shí)，為了消除發(fā)電機(jī)存在的絕緣老化、測(cè)溫點(diǎn)損壞、通風(fēng)損耗大、制動(dòng)環(huán)裂紋等隱患，徹底解決對(duì)安全生產(chǎn)構(gòu)成的威脅，從2012底起開(kāi)始對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行增容技術(shù)改造，2013年5月，1號(hào)發(fā)電機(jī)改造完成并網(wǎng)發(fā)電，機(jī)組增加出力10 MW；2014年4月，3號(hào)發(fā)電機(jī)改造完成并網(wǎng)發(fā)電，機(jī)組增加出力10 MW。以3號(hào)機(jī)組為例，機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)

2 改造的必要性

電站3臺(tái)機(jī)組經(jīng)30多年的運(yùn)行，定子絕緣老化嚴(yán)重，曾多次發(fā)生絕緣擊穿，成為影響機(jī)組安全的主要原因，同時(shí)發(fā)電機(jī)線棒測(cè)溫點(diǎn)損壞多，通風(fēng)損耗大，制動(dòng)環(huán)產(chǎn)生裂紋等隱患嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。

(1) 定子線棒老化嚴(yán)重，多次發(fā)生絕緣擊穿，以運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的1號(hào)機(jī)為例，截至1號(hào)發(fā)電機(jī)改造前機(jī)組已運(yùn)行33年，定子繞組絕緣老化程度已非常嚴(yán)重，絕緣的熱態(tài)介損嚴(yán)重超標(biāo)，多次發(fā)生絕緣擊穿，嚴(yán)重威脅電站安全生產(chǎn)。

(2) 線棒絕緣老化問(wèn)題已經(jīng)成為技術(shù)監(jiān)控重點(diǎn)跟蹤的問(wèn)題。從2009年開(kāi)始，試驗(yàn)結(jié)果多次表明定子線圈三相介損和局放值均超過(guò)規(guī)定值，定子繞組絕緣具有明顯的老化特征，建議對(duì)定子線棒進(jìn)行更換。

(3) 發(fā)電機(jī)線棒防暈層受損、老化，線棒表面對(duì)地電位嚴(yán)重超標(biāo)。機(jī)組線棒測(cè)溫元件損壞嚴(yán)重，不滿足日常測(cè)溫要求。以未進(jìn)行改造的2號(hào)機(jī)為例，2號(hào)發(fā)電機(jī)定子硅鋼片，已有部分齒部彎曲變形而松動(dòng)。定子測(cè)溫指示不正常或電阻元件斷線，難以監(jiān)控和判斷溫度是否正常。

(4) 2009—2012年電站完成水輪機(jī)改造，發(fā)電機(jī)改造已成為機(jī)組增容的必要條件，改造后每臺(tái)機(jī)組可增加10 MW的出力，每年增加經(jīng)濟(jì)效益500多萬(wàn)元。

3 改造后水輪機(jī)效率特性分析

3.1 試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)

以3號(hào)機(jī)組改造后出力特性試驗(yàn)為例，用功率變送器按雙瓦特表接線測(cè)量發(fā)電機(jī)輸出功率，再根據(jù)制造廠家提供的發(fā)電機(jī)效率特性，求得水輪機(jī)功率。流量采用測(cè)量蝸殼差壓值，按蝸殼流量系數(shù)計(jì)算得到。工作水頭用蝸殼進(jìn)口、尾水管出口斷面能量進(jìn)行測(cè)量計(jì)算。試驗(yàn)中主要參數(shù)采用了水輪機(jī)效率微機(jī)采集與處理系統(tǒng)自動(dòng)采集的數(shù)據(jù)。試驗(yàn)實(shí)測(cè)最高效率點(diǎn)為79.83 m工作水頭下，水輪機(jī)出力為111.61 MW，水輪機(jī)效率為92.77%。由于2011年試驗(yàn)時(shí)受發(fā)電機(jī)出力所限，僅實(shí)測(cè)到水輪機(jī)出力116.5 MW，實(shí)測(cè)工作水頭84.08 m下，水輪機(jī)效率為94.67%。

由于2次試驗(yàn)的水頭相差較大，無(wú)法換算到同一水頭下進(jìn)行比較，而且2次試驗(yàn)的方法不同，僅能通過(guò)三次樣條插值計(jì)算，在可比范圍內(nèi)對(duì)2個(gè)工作水頭下的水輪機(jī)效率平均下降值進(jìn)行定性估算，結(jié)果約為2.34%。2011年與2014年不同工作水頭下3號(hào)水輪機(jī)效率定性估算表如表2所示。

表2 2011年與2014年不同工作水頭下3號(hào)水輪機(jī)效率定性估算表

3.2 改造后效率比較

圖1為發(fā)電機(jī)改造后水輪機(jī)效率與2011年效率試驗(yàn)對(duì)比曲線。

圖1 發(fā)電機(jī)改造后水輪機(jī)效率與2011年效率試驗(yàn)對(duì)比曲線

在進(jìn)行1號(hào)與3號(hào)發(fā)電機(jī)組改造時(shí)，3號(hào)機(jī)發(fā)電機(jī)吸取了1號(hào)機(jī)改造經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)子磁軛堆疊時(shí)磁軛片嚴(yán)格要求按規(guī)格質(zhì)量均勻布放，并把轉(zhuǎn)子上原來(lái)的配重塊取掉了，所以機(jī)組啟動(dòng)時(shí)質(zhì)量不平衡現(xiàn)象較輕，通過(guò)少量配重后，動(dòng)不平衡狀態(tài)不錯(cuò)。發(fā)電機(jī)上機(jī)架水平振動(dòng)值和各部位軸擺度值均滿足要求，上機(jī)架垂直振動(dòng)值和頂蓋水平及垂直振動(dòng)值，除在振動(dòng)區(qū)超標(biāo)外，其余工況也滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。試驗(yàn)水頭條件下，3號(hào)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性狀態(tài)可粗分為3個(gè)區(qū)，不能運(yùn)行的30 MW附近強(qiáng)振動(dòng)區(qū)、63 MW以下且不含30 MW附近弱振動(dòng)區(qū)、63 MW以上優(yōu)良穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。改造后，3號(hào)機(jī)組出力可達(dá)到保證值要求，如表3所示。

表3 3號(hào)機(jī)組出力保證值

4 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電機(jī)改造后，1、3號(hào)機(jī)組能在110 MW下長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。其提高的銘牌出力符合國(guó)家清潔能源政策，經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益明顯；3臺(tái)機(jī)組銘牌出力由原來(lái)的100 MW提高至110 MW，增容10 MW；同時(shí)需要注意的是，水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中要避開(kāi)強(qiáng)振區(qū)運(yùn)行，減少在弱振區(qū)運(yùn)行，這些改造經(jīng)驗(yàn)都對(duì)2014年年底即將進(jìn)行的2號(hào)發(fā)電機(jī)改造以及同類機(jī)組的改造提供了借鑒價(jià)值。

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2014-08-29

燕京(1985—)，女，甘肅天水人，工程師，從事電站生產(chǎn)管理及設(shè)備采購(gòu)工作。