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水利工程论文-铁门一级水电站的机组改造.doc

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水利工程论文-铁门一级水电站的机组改造.doc

水利工程论文铁门一级水电站的机组改造摘要装机容量1050MW的罗马尼亚铁门一级水电站(PortiledeFier1)正在进行更新改造,改造后可望达到1200MW,发电容量增加约10。年平均发电量由改造前的5.12TWh可望提高到5.46TWh。这项现代化改造工作将有效地保证机组安全运行,延长电厂寿命,该项改造工作将持续至2007年完成。关键词铁门一级水电站机组改造铁门电站是位于罗马尼亚和南斯拉夫边界的多瑙河上的欧洲最大的发电和航运枢纽工程,整个枢纽工程由具有泄水闸的大坝、两座船闸和两座装机容量各为1050MW(各装设有6台水轮发电机组)的电站厂房组成。罗马尼亚和南斯拉夫各自拥有自己边界一侧的船闸和电站,各自负责自己的电站和船闸的操作和运行。两座电站都装设转桨式水轮发电机组,并先后于1970年至1972年之间投入运行。铁门一级电站,即罗马尼亚一侧的水电站,是担任调峰的电厂,机组开停机频繁大量的开机、停机次数已经超过其寿命。水轮机转轮叶片和固定导叶已遭受严重的空蚀破坏并出现裂纹。30年来,机组从未从机坑吊出进行过解体大修,安全问题已经成为严重关注的问题。另外,其他机组部件也已经老化,电厂控制系统效率低下。随着现场改造工作于1999年开始,苏尔寿水电公司与VATech水电有限公司联营成为该项合同的主承包商,罗马尼亚水电有限公司(HidroelectricnS.A)成为了铁门一级电站的业主和运行单位。对第1批3台机组的改造工作迄今已经完成,第4台机组经过现代化改造后可望于2003年夏天投入运行。1制订改造计划在1995年,VATech水电有限公司和罗马尼亚水电有限公司进行了一项初步研究,研究的目的是通过改造能在多大程度上改善水轮机性能。采用数值流体模拟的方法对转轮运行的每个重要工况点进行了分析,把旧转轮叶片的断面与用数值流体模拟方法设计出来的新转轮进行对照,找出了旧转轮的薄弱点,结果发现采用新转轮可以在水轮机效率、空化特性和增加出力方面有巨大的潜力。随后,VATech有限水电公司的工程师们,在罗马尼亚水电有限公司电厂人员的密切配合下,对机组的现状进行了现场调查研究。调查结果表明,水轮机主要部件上出现的裂纹大大增加了运行的风险。从安全考虑,近期对水轮机和发电机部件进行全面改造是十分必要的。通过计算机辅助分析发现,固定导叶的裂纹是由振动引起的,并且发现水轮机主轴的安全性在将来的运行中将不会得到保证。另外,VATech水电有限公司建议,配合控制和自动化系统的改造,所有机组都需要通过现代化改造,才能提高机组出力,增加电厂发电量。罗马尼亚水电有限公司对发电机进行了现场调研工作,包括采用了在线监测等测试手段,例如采用局部放电监测,气隙监测和振动监测。对这些监测结果进行分析后,罗马尼亚水电有限公司认为更新改造需要尽快进行。虽然发电机转子的状况还好,但发电机定子在定子线棒槽内的防晕保护已受到损害,剧烈的放电导致定子线棒的主绝缘受到削弱。如不予以改造,定子线棒最终可能出现松动。2水轮机转轮模型试验VATech水电有限公司的水力和机械设计工程师们为20t重的转轮叶片研发了一种新形状的叶片。由于这种大型叶片需要加工时间较长,所以必须尽早设计。既要优化水力工况,又要考虑到叶片枢轴螺栓孔、连杆、拐臂和接力器以及与其他许多现有条件的限制,这确实是一个特别的挑战。新设计的转轮在VATech公司在瑞士苏黎世的水力试验室进行。试验内容除包括常规测试项目如效率、空化和飞逸转速外,还测试了导叶力矩和转轮叶片力矩。由于计划紧迫,先进行半模拟试验然后再进行全模拟的模型试验。转轮叶片是先采用计算流体动力学(CFD)进行设计,然后与受力分析相结合来决定允许的转轮叶片力矩。这样,VATech就可以较早的通过半模拟试验设计出并确认最终的转轮叶形。全模拟试验是按合同规定的全部数据要求进行的。转轮叶片力矩的测试结果与其计算值相一致。对力矩测量结果的分析表明,与先前实测的转轮叶片力矩曲线相比较,可以允许工程师设计出能确保证安全运行的转轮。模型目击验收试验是在第三方的水力试验室奥地利格拉兹市的阿斯特拉(AstyoofGraz)水力试验台进行的。试验于1998年10月全部完成。试验结果表明,在整个现在的运行区域内,与改造前相比较,改造后水轮机的效率将提高幅度为0.51.2。由于空化性能获得极大的改善,满出力时出力会增加12。3实施计划铁门一级电站现代化改造的主要内容包括①设计加工制造一个完整的新转轮,以及6套新的转轮叶片(5个转轮中心体将大修)。一个完整的新转轮将用于第一台机组的改造,以满足每台机组改造用时10个月的要求。②加工制造6根新的水轮机轴,轴法兰厚度、轴空心活塞部分的壁厚加厚。以保证轴的疲劳寿命达30年。③加工制造新的主发电机定子和磁极绕组(由阿尔斯通提供)。④加工制造新的定子铁芯(由阿尔斯通提供)。⑤加工制造一套新的辅助发电机的定子铁芯,这是励磁系统的一部分(由阿尔斯通提供)。⑥加工制造新的辅助发电机的定子绕组和磁极绕组。⑦改造和大修主厂房起重机(由罗马尼亚水电有限公司提供)。⑧机组完全拆卸吊出。⑨对水轮机、发电机主要部件进行全面检查。⑩在现场对基础环进行加工和刷漆。11水轮机固定导叶和顶盖上出现的裂纹进行修复。12安装一套高压顶起装置,以便推力轴承在开停机时使用。13改造和大修全部水轮机活动导叶,接力器和转轮中心体。对其他部件全面进行检查并恢复其工作状态,更换无油润滑的导叶轴套等。14改造和大修全部其他的发电机部件。15除锈防锈处理。16回装水轮机和发电机。17重新起动、试验全部机组。最终决定每台机组改造工作量的大小,哪些部件需要更换,都是在现场当机组全部拆卸吊出并经过对各部件进行严格检查后才作出的。水轮机的性能指标测试是按IEC有关规定进行的,并且在改造前和改造后都必须进行测试,以确认经改造后水轮机效率改进的程度。3.1控制系统的升级改造随着能源市场的自由化和能源价格上涨的压力,罗马尼亚水电有限公司和其他欧洲的水电站业主和运行单位,主要依赖日新月异的电站控制和自动化技术来实现优化运行,尽可能提高电厂的利用率、可靠性和发电量。早在1997年,罗马尼亚电力公司就决定改造更新铁门一级电站的自动化和控制系统设备。作为预更新改造研究的一个组成部分,经过对现有系统情况全面的调查分析,提出了在合同签订以前必须明确的更新改造项目,这些项目包括①全部控制室内设备②单元控制屏③温度测量监控系统④机组低压配电系统⑤相应的传感器和执行机构⑥磁极绕组⑦调速器,包括机械协联装置和调速器测速装置⑧励磁和调压系统⑨电气保护系统。由VATech进行设计和主要供货的新的控制系统,与分散的控制系统完全合一为整体,与电网的接口通过双冗余的多芯光纤工业以太网H1数据传输线连接,这是基于SIMATICS7和WinCC的程序控制系统。这个控制系统具有完整的控制和保护冗余功能,新的设计完全实现了业主对安全性、利用率和易操作性的愿望。3.2机组状态监测系统装设了一套范围广泛的机组状态监测和诊断系统,以便对机组整个运行状态和部件进行监控,这样,就可以对超负载部件和受损伤部件进行事先的预测。由于有了长期运行的数据库以及智能予警系统,可以简化对未来趋势的分析,即所有的性能都可在屏幕上显示出来以作为对未来趋势分析的依据。这样,就能在由控制系统触发的予警和警报系统动作之前予先作出故障诊断。诊断系统的主要功能如下①振动监测②气隙和局部放电监测③运行点形象化显示④空蚀监测

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