水轮机增容改造后能量特性验收试验及效益分析.doc

水轮机增容改造后能量特性验收试验及效益分析34第28卷第6期2005年12月水电站机电技术Mechanical&ElectricalTechniqueofHydropowerStation,o1.28No.6I)ec.2005水轮机增容改造后能量特性验收试验及效益分析赵耀.董开松,党云平.张力全:.王鹏志:,何晋军.(1.甘肃电力科学研究院,甘肃兰州730050;2.盐锅峡水电厂.甘肃永靖731601)摘要:介绍了盐锅峡水电厂9号机组水轮机的增客改造情况.对改造前后原型水轮机的能量特性以及改造后带来的经济效益进行了一定的分析,对比.从能量验收试验结果来看,9号机组水轮机增容改造是成功的.关键词:盐锅蛱水电厂;水轮机;增容改造;能量特性试验中图分类号:TK730.7文献标识码:B文章编号:l6725387(2005)06-003404盐锅峡水电厂是黄河干流上最早建成的以发电为主,兼有灌溉效益的大型水利枢纽工程,第一台机组于l961年l1月并网发电,到l975年l1月一期工程的8台机组全部并网投产.后经l990年6月和l998年l2月两次扩建,电站新装9号,l0号机组.扩建完成后电厂共装机lO台,总容量达到459Mw,在系统中主要承担基荷任务.除l0号机组水轮机为天津阿尔斯通水电设备有限公司生产的HIFN8lBLH一4l0外,其它9台机组水轮机型号均为I-1L240一LH一41O,由哈尔滨电机厂和东方电机厂制造,额定出力45.36MW.由于电厂最早投入运行的机组已运行40余年,各台机组转轮均有不同程度的泥沙磨损和空蚀破坏,特别是投运较早的机组,转轮泥沙磨损和空蚀破坏已相当严重,水轮机出力和效率已明显降低,检修工期和检修费用大大增加,对机组进行改造势在必行.从1999年起,着手进行水轮机增容改造的前期工作,通过技术调研及评审,最终决定新改造机组转轮全部采用东方电机股份有限公司的产品,型号为HLD303CIH一424.7.目前盐锅峡水电厂已成功完成了8号,5号,9号,l号机组的增容改造工作,通过增容改造使水轮机单机额定出力由45.36Mw增容至51.55Mw.机组改造完成后,由甘肃电力科学研究院承担水轮机水力性能的现场验收试验,包括能量特性验收试验(效率和出力),稳定性试验等,各项试验严格按照相关规程和试验大纲执行,水轮机制造厂家的技术人员也对现场试验进行了见证.由于原9号机组水轮机在1990年投运时进行过”蜗壳差压”法相对效率试验,发现原9号水轮机和其它同型号机组在同等运行条件下相比.出力明显要小(见参考文献1),因此本文主要对2002年9号水轮机增容改造后的能量特性验收结果及改造后带来的经济效益进行一些分析对比和总结.19号机组改造前后的主要技术参数1.1发电机主要技术参数型号:SF5056/9000(立轴半伞式)额定容量:58.8MVA额定功率:50Mw额定电压:10500V额定电流:3234.5A额定转速:107.1r/rain功率因数:0.85发电机额定效率:97.8l1.2新旧水轮机主要技术参数对比(见表1,图1)表1新旧水轮机主要技术参数对比收稿日期:2005-0822作者简介:赵耀(1974-),男.工程师,主要从事水电机组测试工作36水电站机电技术第28卷4验收试验结果9号机组是在平均工作水头分别为36.89m,37.86m和39.23m下进行了3次现场试验.试验综合误差取三次试验的最大误差,是按照采用的试验方法,测点布置,试验仪器的精度以及试验的原始数据等,经计算确认为1.93oA,这也得到了电厂和主机厂的共同认可,其综合误差在IEC规程的要求范围内(1.52.5),试验数据有效,试验结果的可信度为95.4.1水轮机出力特性由表4可见,9号水轮机出力完全满足制造厂家提供的保证值的要求,并有一定的裕量.表4三次试验中9号水轮机最大出力情况4.2水轮机效率特性在实测平均工作水头为37.86m,换算至38m水头下(满足换算条件,换算后效率不变),水轮机最高效率为94.23,比厂家最高效率保证值低0.57,在考虑试验误差带的情况下,9号水轮机的最高效率能够达到保证值要求.在额定点处实测效率为93.83%,高出厂家保证值1.13.在水轮机出力为3344MW之间,水轮机效率位于误差带以上,属于不合格区.从整个试验结果来看水轮机高效区向大负荷区平移,对电厂经济运行有利(水轮机效率特性见图3,图4).图3Hp=38m水头下的效率特性曲线图4Hp=37m,38m,39m水头下的效率特性曲线5试验结果比较分析5,1新,旧转轮出力对比从9号机组旧转轮投运时相对效率试验结果可以看出在工作水头为37.1m时的水轮机最大出力为46.28MW.新转轮在37m工作水头下的最大出力为54.06Mw,提高约7.78Mw(因水头非常接近,故直接对比).由于9号机组增容改造工作仅更换转轮和底环,因此可通过作出”接力器行程一水轮机出力特性曲线”来对新,旧转轮的出力情况进行进一步的对比.从图5可见,在相同水头下,新转轮出力整体高于旧转轮出力,且在大负荷区新转轮出力比旧转轮出力增幅更加明显,说明了新转轮在水力设计上比旧转轮有很大改进.通过两组曲线的对比,新转轮出力比旧转轮平均增加约4.5Mw.蒌.盐电9号机组新,旧水轮机接力器行程一水轮机出力曲线(Hp=37-)一一一一50200250300350400450500550接力嚣行程(明)I奎I5新,1日转轮接力器行程一水机出力曲线5.2新旧转轮效率对比由于9号机组改造是在流道不变的情况下进行,且测压管路仍使用原有管路,在新转轮的验收试验中,对蜗壳差压流量系数进行了率定,将此系数代入原9号机投运时相对效率试验数据就可计算出绝对效率,以此进行对比.从图6可见,新,旧转轮的效率特性差别很大,在大负荷区,新转轮效率和出力提高非常显着.由此也可看出原9号机组投运时在相同水头,相同导叶开度(即相同流量)的情况下,原9号水轮机出力比同型号其它机组出力明显要小(低3MW第6期赵耀等:水轮机增容改造后能量特性验收试验及效益分析37左右)的一个可能原因是原9号水轮机效率较低引效益.起出力不足.7结语新,IU水轮机出力一水机散串特性曲线(1/p37m,1101oo8o矮暑7o*6o50图6新,旧转轮水机出力一水机效率曲线6经济效益分析对于盐电机组在系统中主要承担基荷,且电站水头变化不大,水轮机基本运行在额定出力附近.通过水轮机的增容改造工作,9号机组额定出力由45.36MW增容至51.55MW,设计增容6.19Mw,实测增容改造后9号水轮机额定出力为55.4OMW,实际增加出力约lOMW左右.通过对图5中两组曲线的对比,新转轮比旧转轮在出力上平均增加约4.5MW左右,按目前年利用小时数6000h计算,每年可增发电量2700万kW?h,按上网电价0.15元/kw?h计算,每年可增加产值405万元.另外,通过水轮机效率的提高,以及新转轮采用新型抗磨蚀材料制造等,都将带来可观的综合经济水轮机出力是由水头,流量和效率三者决定,对于9号机组增容改造,是在原水轮机流道,转速及安装高程不改变的条件下,仅更换了转轮和底环.制造厂家通过引进世界先进的CFD软件,优化水力设计,在提高水轮机效率的同时,不改变水轮机导叶开度和高度的条件下,增大转轮叶片出口角度,提高了水轮机过机流量,达到水轮机增容的目的.盐电9号机组的增容改造,从能量指标上讲是成功的.验收试验及运行表明,通过改造,不仅提高了机组出力(平均提高约9左右),而且最高效率和额定点效率均有明显提高,与旧转轮相比,效率平均提高5左右,改造后所带来的经济效益十分可观.参考文献:E13白绍林,刘秀良.盐锅峡9号机组水轮机出力分析J.甘肃电力,1991年,第3期.2孙爱,刘秀良.盐锅峡水电厂9号机相对效率试验报告(R3.甘肃省电力试验研究所,1990年.E33赵耀,董开松,党云平.盐电9号水轮机改造后能量特性验收试验报告ER3.甘肃省电力试验研究所,2003年.(上接第18页)2001年7月2日4号机组抢修,二次设备利用抢修机会,进行小修,抢修结束开机升压时,机端二次电压大约升到lOEre时,电压表指针会往下掉,直到0V,升不起电压,立即暂停升压检查调变,压变PT的电压,在保护盘测得压变电压正常,调节柜测得压变电压不稳定时大时小.下去水轮机层检查,发现4号机压变PT中性点端子箱C相的连接片没上螺丝,即到调节柜的那芯电缆悬空没被压紧,致使调节柜的压变电压不稳定,残压时大时小,接触不良,使残压低不能正常起励,经补上螺丝后,再次起励,升压正常.2003年9月27日,2号机组小修,小修结束后开机升压,起励接触器已动作,机端二次电压表却一点反映都没有,二次回路小修中没有改动任何东西,回路正常,为什么开机升不起压?难道和此次检修负责单位更换的转子至灭磁开关触头的这几段电缆有关吗?这四根电缆有没有短路?有没有接反?经查实是”+”极,”一”极接反了,新丰江水电厂4台机组,有3台机组滑环是上”+”极,下”一”极,只有这2号机组是下”+”极,上”一”极.当时拆电缆头和现在接电缆头的不是同一人做的,当时拆电缆头时没做记号也没有交代同事,致使接电缆的人按常理上”十”极,下”