李樹軍，陳 立，陳江峰，龍 川（重慶大唐國際武隆水電開發(fā)有限公司，重慶 武隆 408506）

銀盤水電站水輪發(fā)電機組增容改造

李樹軍，陳 立，陳江峰，龍 川
（重慶大唐國際武隆水電開發(fā)有限公司，重慶 武隆 408506）

摘要：針對銀盤水電站機組增容改造的目的及方案，從提高水能利用率、增發(fā)電量方面說明了增容改造的必要性，并從水輪機、發(fā)電機、主變壓器的性能等方面分析了機組增容改造的技術(shù)可行性，闡述了機組增容改造的試驗研究工作。根據(jù)機組運行情況，綜合評價了機組增容改造后的安全、穩(wěn)定運行情況及取得的良好效益。

關(guān)鍵詞：銀盤水電站；水輪機；發(fā)電機；增容改造

銀盤水電站位于重慶市武隆縣境內(nèi)，壩址以上控制流域面積74 910 km2，電站正常蓄水位215m，死水位211.5m，裝機容量600MW，安裝4臺單機150MW軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機組，2011年相繼投產(chǎn)發(fā)電，電站保證出力161.7MW，多年平均發(fā)電量27.08億kW·h。銀盤水電站電氣主接線為四角形擴大單元接線，出線采用220 kV一級電壓接入系統(tǒng)，220 kV出線兩回，落點均為張家壩220 kV變電站的220 kV母線，每回線路長約30 km。

1　概述

銀盤水電站是上游彭水水電站的反調(diào)節(jié)電站，水庫根據(jù)反調(diào)節(jié)的要求設(shè)置為日調(diào)節(jié)庫容，水庫調(diào)節(jié)性能差。受到銀盤與彭水的機組發(fā)電流量的不匹配、電站庫區(qū)產(chǎn)流顯著、電網(wǎng)部分時段無法消納全部負(fù)荷等多方面的影響，電站棄水較多。經(jīng)過實際運行統(tǒng)計，2012年棄水45.72億m3，2013年棄水8.44億m3，大量水資源無法轉(zhuǎn)化成清潔電能，機組增容改造研究十分必要。

根據(jù)機組增容的分析計算，在不更換機組及主變壓器等主要設(shè)備的前提下，銀盤電站機組可增容7.5%，即單機增容11.25MW，全廠增容45MW。增容改造后，電站最大出力增大，水量利用率會有一個明顯的提高，并可以產(chǎn)生良好的效益。一是增發(fā)電量，多年平均可以增發(fā)電量5 270萬kW·h，最大可以增發(fā)電量7 390萬kW·h，可以獲得良好的經(jīng)濟效益；二是最大可增加重慶電網(wǎng)調(diào)峰深度4.5萬kW，在一定程度上可以有效緩解重慶電網(wǎng)調(diào)峰壓力；三是由于增容水電發(fā)電量的增加，相應(yīng)減少了火電二氧化碳、二氧化硫等氮氧化物的排放。

2　增容改造可行性分析

2.1水輪機性能分析

在下游尾水位滿足水輪機吸出高度的要求時，機組超發(fā)7.5%是可行的。機組增容運行時水推力增加在機組設(shè)計范圍內(nèi)，機組增容發(fā)電運行時槳葉操作機構(gòu)強度、機組主軸的強度仍然可以滿足要求。

根據(jù)模型試驗結(jié)果，在協(xié)聯(lián)工況下，水輪機的最大水推力為1 380 t，發(fā)生在35.12m水頭，槳葉轉(zhuǎn)角為-12°時。在非協(xié)聯(lián)工況下，最大水推力為1580 t，發(fā)生在35.12m水頭，槳葉轉(zhuǎn)角為-12°飛逸工況。機組設(shè)計中采用的水輪機最大水推力為1 900 t，大于模型試驗的最大水推力1 580 t。

槳葉接力器的容量是按照機組運行的最大水頭35.12m、水輪機出力為167.86MW（水輪機額定功率的110%）的工況計算的，接力器的操作功所需操作油壓P=4.6MPa。在水輪機增容7.5%運行時，接力器操作油壓也不超過P=4.6MPa，小于槳葉操作機構(gòu)強度分析計算的最大油壓Pmax=6.3MPa。

按照機組的調(diào)保計算，甩負(fù)荷時最大轉(zhuǎn)速上升發(fā)生在Hmax=35.12m、甩110%額定負(fù)荷工況，機組轉(zhuǎn)速上升率43%，蝸殼端部最大水壓54.3m，尾水管壓力2.75m。由此，在增容7.5%后仍滿足調(diào)節(jié)保證計算要求。

2.2發(fā)電機性能分析

通過對發(fā)電機增容前后主要電磁參數(shù)進(jìn)行計算并對比，定轉(zhuǎn)子溫升可以滿足超發(fā)7.5%的要求，且溫升仍有余量，能保證機組的安全穩(wěn)定運行?？绽淦鞯睦鋮s容量及勵磁參數(shù)略超出額定值，但考慮空冷器及勵磁裝置的設(shè)計裕量，可以滿足增容7.5%的要求。

機組增容前后對比見表1、表2、表3、表4。

表1　機組增容前后主要參數(shù)對比表

表2　機組增容前后勵磁參數(shù)及電壓變化率

表3　機組增容前后溫升與冷卻參數(shù)對比表

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表4　增容前后發(fā)電機效率對比表

2.3主變壓器性能分析

若全廠增加45MW的功率，則每臺發(fā)電機的功率為P=161.25MW，發(fā)電機電流為I（發(fā)電機）=P/1. 732 Ucosφ=7 496 A，主變低壓側(cè)電流I（主變）=2I（發(fā)電機）=14 992A，主變所帶負(fù)荷為S=1.732U I（主變）=358.3MVA，則主變所帶負(fù)荷與額定容量的比值為S/Sn=105.39%，銀盤電站機組采用擴大單元接線，機組增容受主變壓器容量限制，銀盤電站主變壓器容量為340MVA。由于油浸式變壓器具有超額定容量運行能力,四臺冷卻器全投，長期運行的最大負(fù)荷為373.4MVA,故主變在理論上可以滿足機組增容運行要求，其變壓器緊急過負(fù)荷能力曲線見圖1。

圖1　主變壓器緊急過負(fù)荷能力曲線

3　增容改造試驗

根據(jù)機組增容改造的可行性分析，為了實際驗證機組增容運行時機組及主變的各項性能指標(biāo)，進(jìn)行了機組穩(wěn)定性試驗、槳葉接力器操作力試驗、甩負(fù)荷試驗、發(fā)電機溫升試驗、主變壓器溫升試驗等研究工作。銀盤水電站4臺機組均為同一廠家設(shè)計制造，型號相同，各參數(shù)相同。電站兩臺主變型號相同，各參數(shù)相同。選取2號機組和1號主變作為試驗對象。2014年4月18日至19日，經(jīng)過42個小時試驗，機組增容實驗圓滿成功。

3.1穩(wěn)定性試驗

選取24m、27m、32m三個水頭進(jìn)行機組穩(wěn)定性及協(xié)聯(lián)試驗，檢驗機組增容的穩(wěn)定性指標(biāo)，分析機組的水輪機協(xié)聯(lián)關(guān)系。在試驗水頭下，機組在增容工況下，運行穩(wěn)定性指標(biāo)優(yōu)良，機組穩(wěn)定性指標(biāo)滿足增容7.5%額定負(fù)荷運行要求。綜合考慮機組效率、穩(wěn)定性指標(biāo)，試驗水頭下原始協(xié)聯(lián)關(guān)系即為最優(yōu)協(xié)聯(lián)關(guān)系。

穩(wěn)定性分析見表5、表6、表7。

表5　增容試驗水頭下機組擺度分析表

表6　增容試驗水頭下機組振動分析表

表7　增容試驗水頭下機組水壓脈動分析表

3.2槳葉接力器操作力試驗

檢驗槳葉接力器的操作力能否滿足機組增容運行引起的槳葉操作力增大情況，分析機組接力器操作力狀況，確保機組在增容運行條件下安全穩(wěn)定運行。試驗結(jié)果表明，接力器操作力、操作功能滿足機組增容7.5%額定負(fù)荷運行要求，且槳葉接力器安全裕度足夠（見圖2）。

圖2　槳葉操作力-機組有功趨勢圖

3.3甩負(fù)荷試驗

檢驗機組甩負(fù)荷過渡過程指標(biāo)是否滿足調(diào)節(jié)保證要求，確保機組在增容運行條件下安全穩(wěn)定運行。在試驗水頭下（機組段水頭28 m），機組甩50%、75%、100%、107.73%額定負(fù)荷過程中，最大轉(zhuǎn)速上升率、蝸殼水壓上升率、尾水管進(jìn)口水壓最小值滿足調(diào)節(jié)保證計算要求（見圖3、圖4）。

圖3　2號機組甩1 0 7.7 3%額定負(fù)荷導(dǎo)葉反饋、機組頻率試驗曲線

圖4　機組甩107.73%額定負(fù)荷蝸殼水壓、尾水管進(jìn)口水壓試驗曲線

3.4發(fā)電機溫升試驗

驗證發(fā)電機在增容后按照新額定銘牌出力時各部件溫升發(fā)熱情況。通過現(xiàn)場實測分析，銀盤發(fā)電機在增容至107.5%額定負(fù)荷（161.25MW）條件下，溫升在相關(guān)規(guī)程要求范圍內(nèi)，可以安全運行（見表8、圖5）。

表格8　2號發(fā)電機穩(wěn)定溫升試驗數(shù)據(jù)　　單位：℃

圖5　2號發(fā)電機定子電流-定子溫升關(guān)系圖

3.5主變壓器溫升試驗

驗證機組增容后按照新額定銘牌出力時變壓器各部件溫升和發(fā)熱情況。銀盤水電站為“兩機一變”，兩臺機組增容7.5%額定負(fù)荷運行，主變壓器總負(fù)荷變壓器總?cè)萘繛?31.8MVA。溫升試驗表明兩臺機組增容7.5%額定負(fù)荷運行工況，溫升在要求范圍內(nèi)，試驗前后油色譜檢測辨明數(shù)據(jù)沒有變化，變壓器內(nèi)部應(yīng)不存在熱點，主變壓器滿足機組增容7.5%額定負(fù)荷安全運行要求（見表9、表10）。

表9　主變壓器溫升試驗數(shù)據(jù)

表10　主表壓器增容試驗前后色譜分析結(jié)果

4　增容改造后的運行情況

4.1增容后運行狀態(tài)

根據(jù)分析及試驗驗證，在原有設(shè)備不更換的情況下，通過調(diào)整AGC等相應(yīng)參數(shù)，銀盤水電站單機由150MW增容至161.25MW運行。增容改造后，各部位擺度、振動、壓力脈動參數(shù)優(yōu)良，發(fā)電機及主變壓器各部位溫升安全穩(wěn)定（見表11、表12）。

表11　2號發(fā)電機增容改造后溫升數(shù)據(jù)　單位：℃

表12　機組增容改造后主變壓器溫升數(shù)據(jù)

4.2增容后運行效益

銀盤電站機組增容改造后，電站最大出力增加，水量利用率明顯提高。經(jīng)統(tǒng)計，2014年汛期5～8月份機組分別增發(fā)電量628萬kW·h、1 690萬kW·h 、1 103萬kW·h、1 276萬kW·h，總計增發(fā)電量4 697萬kW·h，取得了良好的經(jīng)濟效益。

5　結(jié)論

銀盤水電站機組增容改造項目已全部完成，經(jīng)過改造后的運行檢驗，機組運行穩(wěn)定性優(yōu)良，水量利用率明顯提高，取得了良好的經(jīng)濟效益，達(dá)到了增容改造的目的。改造的效果說明采用“理論分析、試驗驗證、運行檢驗”的方法，通過合理利用設(shè)備設(shè)計裕量進(jìn)行機組增容改造是可行的。增容改造的實踐也鍛煉了銀盤水電站的技術(shù)管理人員，使其技術(shù)水平及管理水平得到了提高，為企業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

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中圖分類號：TV734.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）02-0016-05

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.02.005

收稿日期：2014-09-15

作者簡介：李樹軍（1968-），男，高級工程師，從事水電站管理工作。