型水电站水轮机转轮改型必要性和可行性

1、中小型水电站水轮机转轮改型设计的必要性和可行性论文作者：郭鹏程 郑小波 梁武科 摘要：中小型水电站技术改造是水电事业发展的重要组成部分，本文通过对我国中小型水 电站发展现状的论述，分析了在中小型水电站技术改造中水轮机转轮改型设计的必要性和 可行性，并介绍了当前水轮机转轮设计、测试和制造方面的新技术。关键词：中小型水电站 水轮机转轮 改型设计1我国中小型水电站的发展现状建国以来，我国水电建设取得了巨大成就，据统计我国常规水电装机容量已达到7700X104kW,其中，中小型水电站 4. 5X104余座，拥有机组7X104余台，总装机容量达 2020X104 kW,有近一半为5060年代制造的设备1

2、 。因为当时条件限制，这些电站的水轮机多 数是应用前苏联4050年代的技术，制造技术落后，效率较低，过流能力差，总的能量指 标偏低。加上大部分国产机组生产于特殊年代,不按电厂各种条件而硬性套用定型图纸, 或仅按模型实验的特定角度硬性规定设计,致使原来水力效率不高的转轮又偏离了高效率 区。还有性能指标较低,如高效区狭小、振动区范围大、空化性能差等,对机组的安全稳 定运行产生了严重的影响,很大程度上降低了电站设备的运行管理水平和效益。另外,因为大部分电站已运行了三四十年,机组设备在性能和结构方面都已陈旧、事故增 多、检修频繁。长期运行已使过流部件磨损,特别是转轮、导叶等部件因为空蚀和磨损, 叶型遭

3、到破坏，间隙增加而使效率下降。根据国外有关资料介绍，效率下降约为2%。特 别是有些电站或因为当年是套用机组,或因为电站参数发生变化,使机组长期在低效率下 运行,浪费能源,亟待早日解决。与此形成鲜明对比的是,近年来,随着国民经济的发展 和人民生活水平的不断提高,电力负荷峰谷差愈来愈大,增大中小型电厂在电网系统中的 调峰、调频能力也愈显重要。而电力系统越来越多地要求水电机组特别是中小型水电机组 担负调峰、调频和事故备用任务,这样就增加了机组启动、停机次数,致使水轮机部件动 载荷增加,运行条件变得苛刻,对那些设备陈旧的老电站,担负这样任务显然力不从心。 同时,近几年大电网对地方电网实行峰谷差价和峰电

4、超计划加价政策,让电网中调节性能 较好的水电站实行顶峰发电,多发电必将会显著提高地方电网的负荷率和经济效益。 2水轮机转轮改型的必要性和可行性2.1水轮机转轮改型的必要性从我国水电事业的发展现状来看,大批水电站存在的主要问题及产生的严重后果主要是长 期以来水轮机转轮的设计制造与使用条件相脱节,主要表现在下面几个方面2：< 1）水轮机转轮效率低。水轮机效率是水轮机性能的重要指标,据统计从50年代至今,水轮机效率每 10年提高一个百分点,我国有一大批机组水轮机转轮系国内50、60年代产品,与 90年代国内外先进转轮相比,差距很大,真机效率约低2% 5%以上。造成可利用能源的巨大浪费。<

5、2）水轮机与水轮发电机选型不合理。 “六五 ”以前安装的水轮发电机组,因为设计条件限 制,有些电站选择水轮机与发电机偏于保守,使水能不能充分利用,有些电站选择水轮机 与发电机容量匹配不当,从而大大限制了机组出力。<3）水轮机运行可靠性差。水轮机受当时设计、制造水平限制，水轮机抗空化、抗磨损、抗振动性能差,经几十年运行,一些机组空化、磨损、振动严重,运行条件恶劣、事故 隐患不断增加。严重影响水轮机的可靠运行。<4）自然条件的变化。近年来随着经济的发展，有些电站的上游大力发展耗水量较大的农业企业，工农业用水量突飞猛进。另外，随着人们生活质量的提高，生活用水、环境用 水、生态用水等过去设

6、计电站时忽略的部分消耗也一天比一天增多。这样部分水轮发电机 组经几十年投运，上、下游水位已发生较大变化，原有转轮运行已大大偏离设计工况，甚 至无法正常运行。综上所述，80年代以前建设的一大批电站，因为机电设备落后，技术老化，机组设计水 平低，制造工艺差，技术参数低。以及部件老化机组出力受阻和自然条件的变化，已不能 充分利用已开发的水力资源，从而造成水力资源的再度浪费。再加上电网调峰的迫切需要 。如何提高已开发的水力资源的经济效益和社会效益成为许多老水电厂面临的重大课题。众所周知，水轮机转轮水电站的核心设备。水轮机的水力性能、振动与空化主要取决于转 轮性能，转轮性能的优劣对合理开发利用水能、保证

7、电网可靠性方面有着巨大影响。因此 ，对老的水轮机转轮的更新改造势在必行。通过对水轮机转轮的改型，可提高机组效率， 增加电站容量，改善机组运行的安全稳定性。2.2水轮机转轮改型的可行性首先，从经济的角度分析，开发新电站投资大、周期长，而进行水轮机转轮的增容改造因 为不需要再建大坝等水工建筑物，故投资很少，见效很快，经济效益很高。一般认为，对 老电站的增容改造其单位千瓦投资要比新建电站低2 /3以上3。因此，水电站水轮机转轮的改型是一项投入少产出多效益显著的项目，是提高水电站运行 可靠性和经济性的最主要方向，已成为许多国家解决能源短缺问题的手段之一。其次，从技术上来说，近年来计算机与计算技术、流体

8、机械三维流动分析与设计理论、通 讯与传感器技术、现代控制理论和机械加工技术等都已取得了很大的进步。使得现代转轮 的设计、测试和制造方面都取得了长足的进步。这些新的技术主要表现在：< 1）数值模拟技术。五六十年代，混流式转轮的设计基础是本世纪初罗伦兹提出的通流 理论，即假定转轮中的叶片数无穷多，无限薄，这样将三维流动简化成轴对称流动。从8 0年代以后，随着计算机技术和计算流体动力学的迅速发展，水力机械过流部件的三维流 动分析、三维设计和优化算法都有了长足的发展，已成为过流部件水力设计与流动分析的 重要工具。目前，仅在水轮机研究领域就有清华、哈电和东方厂等国内近十家单位引进了 先进的CFD分

9、析软件。如哈电，利用CFD分析软件进行模型转轮开发，完成了三峡右岸转轮的转化设计，对丰 满、新安江、丹江口、东江、乌溪江等一批老电站改造项目进行数值模拟和优化，完成了 洛溪渡、水布垭、小湾、龙滩、公伯峡等电站水轮机的水力设计。东方厂利用CFD技术 开发出福堂电站用D 307模型转轮，其最高效率为 94. 43%。空化性能也很高，其空化系数 A 0. 047,飞逸转速特性最大为 106. 4 r /min，最大压力脉动混频双振幅值为 5. 5 %另外，西安理工大学从8 0年代后期开始进行水轮机通流部件的反问题研究4,先后 提出并建立了基于S 1流面反问题计算的准三维设计模型和方法、基于S2流面反

10、问题计算的准三维设计模型和方法、基于混合谱方法的全三维有旋流动的反问题计算模型和方法。 近年来，在三维粘性流设计模型的基础上，又实现了设计方案的计算机自寻优，达到了根 据厂站的实际水力参数进行 “量体载衣 ”式的设计，取得了水力机械转轮设计方法的重大突 破。到目前为止，用该模型已先后为有关电站、多家水轮机厂和有关研究单位的几十台水 轮机转轮进行了改型设计，全部达到了用户提出的改造目标。这种针对某一电站进行专门设计与制造的水轮机选型方法，可以保证让每一个电站都可以 选出适合自己电站条件的最优水轮机型式，从而达到最佳运行效果，取得最大经济效益。 通过采用先进的计算机数值模拟技术对水轮机转轮进行增容

11、改造，具有低投入、高产出、 见效快的特点。在改善运行性能的同时减少了运行及维修费用、减少了机组的停机时间， 使电厂费用降低并尽快受益。<2）模型测试技术。当前流体机械测试技术发展迅速，诸如压力测量技术、流量测量技 术和粒子图像测速技术有较大的提升，多媒体技术和计算机网络技术进一步应用到流体机 械测试系统中。总之，以计算机为核心的自动测试系统已成为现代测试系统的一个特点和 通用形式。国内的哈电、东方、双富等厂家和清华、河海、水科院等科研院校都建设或对 原水轮机模型实验台的电气、测试系统进行了全面的改造。其综合测试精度、运行稳定性 和重复精度大大提高。目前，全国已有5座通过部级鉴定的现代化实

12、验台，其效率综合实 验误差在 也 25%±）. 3%，为水轮机模型实验和电站改造验证研究提供了良好的条件 。如哈电研制成功了转轮内部流态观察成像系统5，可通过光纤内窥镜和摄像头采集转轮进口处的脱流、叶道涡、空化和出口处的空化、涡带的信息，验证CFD的分析结果。 也可通过观察转轮在各工况的流态，为改型设计提供依据。< 3）刚强度计算技术5。水轮机转轮不仅要有好的水力性能，还应具备高的刚强度 性能，这样才能保证机组高效安全地运行。因此对转轮的刚强度计算以及计算的准确性尤 为重要。传统的设计方法采用简单的材料力学理论将叶片作为一悬臂梁在全水头均压下计 算根部应力，计算结果与实际有较大

13、出入，或通过模型实验和电站实测来为设计者提供参 考。而且还无法计算叶片的静位移和固有频率。近年来随着有限元的发展，机械构件的刚 强度计算技术有了很大的提高。用计算机模拟技术代替模型实验和电站实测以成为可能。目前以ANSYS和IDEAS为代表的一大批大型有限元结构分析计算软件在转轮刚强 度计算中得到了广泛的应用，实现了水力与强度的交互式设计，计算结果更为准确，叶片应力状况也更 趋合理。同时采用有限元边界元法相结合来计算过流部件的流固耦合振动，因为考虑了结 构在流体中振动的附连水质量，可用计算来估算结构在水中的固有频率，这种方法可在改 造项目中对机组的稳定性进行预测。<4）叶片模压成形技术。

14、水轮机转轮是水轮机的心脏，因此它的制造质量至关重要。直 接影响着转轮的效率、抗空化性能和运行稳定性。过去大多采用铸造方法制造叶片，打磨 光滑后与上冠、下环拼焊。该工艺方法有很多缺点：型线偏差大、表面粗糙、打磨废工、 抗空化性能差，并且铸造的叶片带有铸造缺陷，使得叶片使用性能变坏，对于大型叶片， 叶型精确度更难控制，最终也不易达到要求。近几年来，模压成型技术广泛用于水轮机转 轮叶片制造，它是一项可以获得叶型准确、铲磨量小、价格适中、生产周期较短的转轮叶 片制造技术。其方法是将叶片母材进行初步加工，然后放在用数控机床铣好的压模内用压 力机压型，最后做局部修磨。这种方式制成的叶片型线好，材质好，抗空

15、化磨损性能强， 效率也易得到保证。如哈电应用IDEAS和DEFORM3D两个有限元软件开发了 动态计算模压叶片中心和压力吨位的计算方法，已获得了成功。<5）叶片数控加工技术。对于叶片的加工过去采用 “立体样板铲磨 ”工艺，这是一种通过 投入大量手工劳动力，依据立体样板作为测量工具，把铸件毛坯变成叶片成品的工艺。根 据文献6,使用这种加工工艺存在着测量精度差、使用操作困难和费用大的三大致命 缺点。近年来，国内外各水轮机制造厂家已取消了传统的立体样板，采用数控加工技术， 它是一种通过计算机系统的软件控制机床自动操作完成的一种理想的加工工艺。因为它能 把叶片的理论曲面图形通过数据输出准确无误地

16、传送到执行指令的操作机构上,解决了叶 片测量与理论位置的自动找正问题和测点加工余量的自动计算问题,使大型水轮机的叶片 制造精度较传统立体样板工艺有了较大提高。如刘家峡2#转轮和天生桥的5#、6#转 轮都是采用数控加工。再者,从项目应用方面来说,近年来,老电站机组的技术改造工作 已引起了世界各国的普遍关注,尤其在一些水力资源开发程度较高的国家,更为重视。我 国的电站更新改造工作与国外先进国家相比虽然起步较晚。但也于8 0年代初开始探索性 的工作。20年来，各类水电站的技术改造工作已取得了不少的成绩和经验，为各电厂和 科研单位培养了大批技术人员和技术工人,从而为我国各电厂的增容改造工作奠定了基础

17、,使各水电站的技术改造工作的顺利完成成为可能。3结论开发新电站投资大、周期长,而老电站增容更新改造因为不需要再建大坝等水工建筑物, 故投资少、周期短、收益大。可见,水电站更新改造已成为许多国家解决能源短缺的重要 手段之一,而水轮机转轮是水电站的主要设备之一,水轮机转轮性能的优劣对合理开发利 用水能、提高水电站运行可靠性和经济性、保证电网可靠性方面有着巨大影响。所以,水 电站水轮机转轮改型设计已成为水电站更新改造的主要任务与关键途径之一。与此同时, 现代计算机数值模拟技术、模型测试技术、刚强度计算技术和制造技术的不断进步,为水 轮机转轮的改型设计创造了条件。因此,我们应充分利用现代科学技术成果,

18、结合我国八 十年代之前建造的中小型水电站的实际情况进行机组特别是水轮机的技术改造。确保水轮 机的高性能、高质量和安全可靠运行。参考文献：1 任柏青小型水电站老式机组的增容改造J 浙江水利科技，1 9 9 9,<2)2 李吉川.水轮发电机组的增容改造J.广西电力技术，1 9 9 9,< 1)3 李成家，等安康电厂水轮发电机组增容改造分析J.西北电力技术，2000, <5)4 罗兴琦，等.混流式水轮机转轮的改型研究J.水利学报，1 9 9 6,< 11)5 王国海，等.水轮机增容改造与新技术的应用J.大电机技术，2 0 0 1,<7)6 杨金华，等.水轮机叶片计算机辅

19、助测量系统J.大电机技术，1 9 9 7,<2).3 对电厂老机组转轮进行改造、增容和机组抗磨蚀处理,提高机组整体出力水平 水轮机是水电厂的心脏,转轮是水轮机的核心,转轮的性能指标对水轮机的出力起至关重 要的作用。我厂使用水轮机转轮均为 20世纪5060年代老型号转轮，转轮的单位流量、单 位转速及模型效率性能指标低。长期以来机组水能耗高,年发电量损失较大。而三级电站 作为我厂最大的电站,机组单机容量大,在冬季玛河小流量时,水轮机运行严重偏离设计 工况,机组长期在低效率区运行,水能利用率更低。为解决上述问题,我厂 70年代末就曾对四级电站机组进行过增容改造和抗磨蚀处理,90年代末开始对各电

20、站机组进行转轮、定、转子线圈的增容改造和水轮机座环、涡壳、叶片、 导叶的抗磨蚀处理。目前水轮机抗磨蚀处理已取得一定成效，等离子喷涂、低温镀铁、热喷涂等各种新型的软 、硬抗磨材料都使用过，但水轮机过流部件的磨损和汽蚀还没有得到根本解决，抗磨蚀问 题仍将是我厂认真研究的课题。通过研究，转轮的增容应根据引水渠流量和水能条件合理地进行。2005年 11月四级电站扩建机组引进的 4000kw 新型转轮，在同样水量条件下，比我厂现有机组效率提高17以上。这样企业开始利用机组大、小修的时机，逐年对机组更换新式高效率转轮。考虑到各电站机组装机容量和渠系引水量不匹配的因素，先将二级电站两台3200kw转轮增容为

21、4000kw转轮，将三级电站三台9000kw转轮增容为1.1万kw转轮，同时制作一台6000kw小型转轮，供 三级电站冬季使用，使二、三级电站水能资源充分得到利用。然后将其他各电站机组老转 轮改造为相同容量的新型转轮。2006年1月28日，三级电站9000kw转轮更换成6000kw小转轮运行，机组出力显著增加，相同流量，每日增发电量3万kwh以上，机组效率提高36.7%。冬季机组运行34个月，可增发电量300400万kwh，效果相当显著。转轮增容和改造 的完成将使我厂15台机组整体出力提高15%以上，发电生产能力由设计出力6.505万kw提高到7.5万kw以上。枯水年年发电量可达到 2.6亿k

22、wh，丰水年年发电量达到 2.7亿kwh以上。.大化水电站发电机的增容改造聂启蓉摘 要： 大化水电站通过更换发电机定子铁芯和线圈并配合水轮机增容实现机 组增容改造。改造后的定子采用了新结构、新工艺。在额定转速、额定电压和 额定功率因数不变的条件下，发电机的额定出力由原来的100 MW提高至114MW。关键词： 发电机；增容改造；额定出力；大化水电站 分类号： TM31 2 文献标识码： B 文章编号： 1001-408X(2000>01-0057-04Modification of Capacity Increment forGenerator of DahuaHydropower St

23、ationNIE Qi-rong(Guangxi Electric Power Industry Investigation, Design and Research Institute, Nanning 530023, China>Abstract ： M odification of capacity increment for generating set of Dahua hydropower station achieved by replacing core, coil of stator and increasing the turbine capacity. The ne

24、w structure and new technique had been apllied to the new stator. And the rated output of generator would be increased from 100 MW to 114 MW under the condition that rated speed, rated voltage and rated power factor were not changed.Key words : gen erator,modificati on of capacity in creme nt, rated

25、 output, Dahua hydropower stati on大化水电站一期项目安装4台立轴转桨式水轮发电机组，发电机型号 SF100-78/12800，额定功率100 MV，额定电压15.75 kV，额定功率因数 0.875。为消除发电机定子铁芯松动，线棒绝缘磨损、槽楔松动、电晕、电腐蚀 等缺陷，并配合水轮机增容改造，通过更换定子铁芯和定子线圈实现发电机的 增容改造。新的发电机定子铁芯和线圈采用国内招标方式采购，参加这次发电 机增容改造设备投标的有东方电机股份有限公司、天津通用电气阿尔斯通水电 设备有限公司和富春江富士电机有限公司（以下简称双富公司 ，该项目于1998 年1月6日在广西

26、机电设备招标中心开标，经询标、澄清、评标和商务谈判， 历时18 d，确定双富公司中标并签约。大化水电站发电机改造逐台实施，与水轮机的技改项目同步进行。发电机 增容改造后，在额定转速、额定电压和额定功率因数不变的条件下，单机额定 出力由原来的100 MW提高至114 MW新的发电机定子铁芯和定子线圈的绝缘 等级为F级。定子槽数将由原来的540槽改为504槽，并在结构上采取了防止 铁芯和线圈松动的措施，使发电机具有优良的性能和高的可靠性。1优化发电机定子铁芯槽数，降低电磁振动本改造项目电磁设计的核心是定子铁芯槽数的选择。大化水电站发电机将保持原额定转速76.9 r/min不变，该转速不属于优先推荐

27、的转速，其极数不利 于槽数的选择。根据大化水电站发电机容量、电压及转速等基本参数，可选槽 数为468、504、522、540、558、576，相应的每极每相槽数为 15 以 13。其中，468槽定子绕组磁势谐波中没有分数次谐波，即不存在 分数次谐波引起的次谐波振动问题，属优选槽数。但是，在现有结构条件下， 468槽的磁负荷将比原发电机提高18.8%,磁负荷过高，加之相应的每极每相的 槽数为较小的整数，齿谐波电势较强，故不宜采用。其他各方案发电机定子线 圈均为分数槽绕组，因为每极下的槽数不同，将产生由定子绕组电流引起的一 系列分数次谐波磁动势。这些磁动势和旋转着的转子有着不同的相对速度。各 种不

28、同的振动模式和频率成为发电机电磁振动的激振力。尽管各投标厂因电磁参数匹配和分析方法各异而得出的分数次谐波的频率和振幅有一定的差异，但 都一致认为改造后的定子槽数由原来的 540槽改为504槽较为合理。双富公司 提供的定子槽数选择方案比较详见表1。表1定子槽数选择方案比较表序项目单504槽522槽540槽558槽576槽号位定子铁芯12121212121内/外径mm158/12164/12164/12164/12170/128308008308008302铁芯咼/ 净高mm1 733/14331 700/14001 700/14001 700/14001 666/13723每极每相 槽数2亩22

29、22、4主要谐波 级次-7-7-7-7-75主要谐波 频率Hz177.6178.2179.1176.2179.46总径向振 动值卩m4.05.56.46.27.17额定励磁 电流A1 2841 3601 3781 4101 5088铁损值5605665205484719疋子周向 冲片数425845624810每冲片槽 数1291291211每台机冲 片数万 枚约12约 16.24约 12.6约 17.36约 13.212定子机座 下环板处理钻84-24孔钻 116-24孔不需处理钻 124-24孔钻96-24孔从表1可以看出，504槽的径向振动值较其他方案小，发电机励磁电压和励磁 电流与原设计

30、相近。因为发电机增容后励磁电流不变，使原发电机转子磁极线圈具有更大的安全裕度，可以保证发电机稳定可靠地运行。同时，504槽还避免了有害的齿谐波振动，从而可消除因振动而产生断齿的危险。另外，该槽数 能使增容后达到最佳的电负荷和磁负荷匹配，从而获得最佳电磁设计。大化发 电机原540槽设计方案虽无明显设计错误，但振动值是较大的。大化发电机定 子铁芯出现松动掉片现象，究其原因，主要是铁芯压紧结构及压紧工艺不恰 当，造成铁芯运行一段时间后因收缩而使铁芯特别是端部松动。实际上，因为 发电机中总存在基波和各种各样的谐波，这些磁场谐波相互作用虽不会引起整 体铁芯的显著振动，但微小振动总是存在的，因为铁芯松动而

31、造成局部较大振 动也是可能的。特别是基波磁场引起的极频交变径向电磁力较大。虽然该极频 交变径向电磁力引起整体铁芯的振动甚小，但对于松动的端部冲片，承受如此 大的交变径向电磁力，将会产生较大的局部振动，从而造成冲片局部疲劳断裂 而发生掉片现象。综上所述，为消除原发电机的缺陷，除了在结构上改进压紧结构和压紧工 艺使铁芯真正压成整体外，在电磁上选用电磁振动值较小的槽方案也是十分必 要的。因此，改造后的定子铁芯槽数选用 504槽。2定子铁芯结构及防松动措施定子铁芯内径 12 158 mm,外径 12 830 mm,铁芯高1 733 mm。通风 沟数为50个，高6 mm定子冲片整圆分为42片，每片12槽

32、，材料50 W310 冷轧硅钢片，其双面涂F级绝缘漆。定子铁芯段两端的端板和通风槽采用0.7mm厚的DWK硅钢片。定子铁芯采用8片一组(4 mm1/2搭接的叠片方式叠片， 两端和每段间设有绝缘片。定子铁芯采用上、下齿压板通过拉紧螺栓将铁芯压 紧，上、下齿压板均采用分块式齿压板结构，上齿压板84块，下齿压板42块，压指材料采用高强度非磁性合金钢 AUNI 18 B。铁芯压紧定位采用拉紧螺 杆和鸽尾筋合为一体的结构形式，由套于拉紧螺杆并焊于机座上的拉块传递切 向转矩，如图1所示。这样的结构可增强铁芯的刚度，减少电磁振动。拉块的 倒鸽尾可适应铁芯温升而产生的径向变形。图1铁芯压紧定位示意图防止定子铁

33、芯松动的主要措施有： (1采用在铁芯拉紧螺杆上端加高强度蝶形弹簧的压紧结构。当铁芯的实物 高度因绝缘漆收缩降低时，因为高强蝶簧的缓冲作用，铁芯的面压仅发生缓慢 的变化，保证铁芯收缩稳定后仍保持一定的安全面压，以保证铁芯运行的稳定 性和可靠性。(2采用优质F级无机质烘干漆，减小铁芯收缩量，提高收缩稳定性。新、 旧铁芯绝缘漆收缩特性比较见表 2。表2新、旧铁芯绝缘漆收缩特性比较表名称绝缘漆材料铁芯涂覆后的状态硬度收缩率收缩稳定性旧绝缘漆有机质主体12H 5H30%以上差新绝缘漆无机质主体6H以上12%良(3定子铁芯两端的齿部涂环氧树脂，使齿部铁芯固化成一体，增加铁芯的刚 度(4采用多片一组1/2搭

34、接的叠片方式，降低铁芯热应力，增强铁芯的抗疲 劳能力。3定子线圈及防松动措施定子线圈为双层杆式波绕组，2支路、星形连接，F级绝缘，主绝缘采用温 度、压力、时间微机自动控制的热压成形工艺。定子线棒采用槽内 360。换位 方式，其槽部、出槽口及弯曲过渡部位均作防晕处理。单根线棒在 1.5倍额定 电压下不起晕，定子装配完后整体绕组在 1.0倍额定电压时不起晕。定子线圈防松动措施有：(1定子线圈槽内的防松措施。为防止机组长年运行后在周期性电磁力的作 用下的线棒松驰，以及发电机运行在各工况下不同温差引起的线棒在槽内紧度 的变化，在槽楔下加弹性波纹垫条，使线棒在各种工况下始终保持适当的紧 度。(2定子线圈

35、止沉措施。设有槽口垫块，并在定子线圈上端出槽口的斜边 处，每隔8槽设置一组线棒止沉块。止沉块支于上齿压板的压指，并将其绑扎 在线棒上。在止沉块上端与线棒间垫入含环氧胶的适形材料，环氧固化后使止 沉块和线圈成为一体支于上齿压板。(3防止槽楔下沉的措施。在定子铁芯上、下两端，各用特别的、斜度较大 的一对槽楔楔紧。下楔块的凸齿卡在铁心通风槽处，并在上楔尾部的下楔开槽 处垫入含环氧胶的适形材料后，在其上用涤玻管将该槽楔一起绑扎在上层线棒 上。4降低定子线圈的温升，提高发电机出力为了提高发电机出力并使定子线圈的温升不致有明显的增加，采取了如下 措施：(1将原B级绝缘提高到F级，主绝缘的厚度由5.35 m

36、m减薄至4.4 mm。(2将线棒的股线截面由原来的42股2.5 mmx 7.5 mm增大至48股2.24 mm8.3 mm,有效面积增加15%可降低绕组的电阻和损耗，提高电负荷。(3改变通风槽的尺寸，将通风槽的槽数由30道改为50道，槽高10 mm改为6 mm增加铁芯和线圈的冷却面积，使定子铁芯通风更加均匀，有利于降低 定子线圈和铁芯的温升及铁芯温差。分析计算表明，改造后发电机风道的风阻 系数比改造前略小。因此，可以认为总的通风量没有变化。(4在结构上定子铁芯两端的端板和通风槽板采用铁损小、点焊性能优的 DWK硅钢片。定子铁芯两端和每段间均设有绝缘片，杜绝铁芯段间的涡流，以 防铁芯局部过热。(

37、5采用非磁性不锈钢管(1Cr18Ni9Ti制作端箍，并对其中一段端箍进行分 段绝缘处理，以阻断电流通道，防止感应电流和附加损耗的产生。(6虽然增容后，发电机的总损耗略有增加，但对比分析结果表明，在冷却 风量和冷却水量不变的情况下，冷却水的温升和冷却风的温升仅有微量的增 加。实际运行情况表明，原发电机冷却器有较大的裕度。因此，空冷器及通风 系统不作处理也能满足增容后的要求。双富公司提供的发电机改造前后冷却空 气、冷却水温升及温度分析结果如表 3。表3发电机改造前后冷却空气及冷却水温升对比表项目单位改造前改造后冷却空气温升K20.321.2冷却水温升K2.482.60空却器出风温度3535.3（7

38、增容改造后，应力、位移较改造前有所增大。双富公司认为，经过核算及与 富士电机实绩对比，定子机座的刚度完全能满足要求。5发电机增容改造前后的对比发电机增容改造前后的主要电磁参数和主要结构对比详见表4和表5。从表4和表5的对比分析可以看出，新的发电机定子采用了新结构、新工 艺，不仅能消除原发电机的质量缺陷，提高设备运行的安全性和可靠性，减少 每年因处理设备缺陷停机检修造成的电能损失和可观的检修费用，而且发电机 的出力增加14%结合水轮机和其他设备的增容改造后可使电站的装机容量由 400 MW增至456 MW当上游天生桥一级和龙滩水电站投入运行后，多年平均电 量约增加158 GWh194 GWh,保

39、证出力约增加5.35 MW9.09 MW，并在一定程 度上提高了电站的调峰能力，可获得较大的经济效益和社会效益。表4发电机改造前后主要电磁参数对比序号项目单位改造前改造后1额定容量MVA114.3130.32额定功率MW1001143额定电压kV15.7515.754额定功率因数0.8750.8755额定电流A4 1904 7766额定转速r/mi n76.976.97额定励磁电压V4564588额定励磁电流A1 2861 3009短路比1.3041.07510纵轴同步电抗Xd（不饱和值0.879 71.05711纵轴瞬变电抗X d（饱和值0.330.350 312纵轴超瞬变电抗x d（不饱和

40、值0.2370.261 513定子电密A/mrn2.72.7114电负荷A/cm592.363015疋了线圈温升K716616转子线圈温升K72.67417发电机效率%97.897.99表5发电机改造前后主要结构对比项目单位改造前改造后更改理由疋子铁H-R心铁芯内径mm12 16012 158铁芯外径mm12 80012 830铁芯咼度mm1 7001 733铁芯净高mm1 4001 430构 造 尺 寸通风道数3050增加冷却面积通风道高mm106定转子气隙mm1716保证短路比大于1.0槽数540504降低电磁振动槽形尺寸mm27.9 X 17027.9 X 175.5加弹性垫条定子铁芯紧

41、固方式铁芯叠片定位鸽尾形定位筋矩形工艺导向键装键简单精确铁芯压紧拉紧螺栓特型螺杆加蝶簧保持面压铁芯绝缘漆B级，有机质F级，无机质降低热收缩率疋 子 线 圈棒股线尺寸mm42-2.5 X 7.548-2.24 X 8.3降低铜损主绝缘材料B 级，5438-1F 级，J5444-1F级楔下垫条平垫条弹性波纹垫条防松槽楔止沉绑绳卡口，楔块浇树脂止沉线圈止沉无线圈止沉块止沉首台实施改造的2号机组已于1998年10月停机，1999年5月26日正式投产 发电。改造后的发电机运行情况正常，达到了预期的效果。本电站计划用4年的时间对4台机组进行增容改造。为减少电能损失，改造工作将在每年枯水期 进行。作者简介：

42、聂启蓉（1943-，女，湖北汉阳人，高级项目师（教授级。 作者单位：聂启蓉 广西电力工业勘察设计研究院，广西南宁 530023）收稿日期：1999-04-19怀化市老电站更新改造方案探讨彭勇湖南省怀化市水电局（418000【文 摘】怀化市的老电站存在装机容量偏小、机型老化、效率低下、绝缘 老化和事故频发，亟待更新改造。改造的原则是要求投资少，周期短，见效 快。要根据各电站自身特点，选择改造方案，多渠道筹集改造资金，周密计 划，取得良好经济效益。【主题词】小型水电站 项目老化 改建项目 增容改造 投资效益 方案选择 怀化市地方电力经过51年长足发展，装机容量已达45万kW年供电量 18.5亿kW

43、 h,分别是解放初期的126倍和203倍。截至2000年8月底，地方 电力上缴利润 2.49 亿元，上缴税金 2.15 亿元，雄居各行业榜首，成为本市各 级财政的重点财源和支柱产业，为促进地方经济的发展和提高贫困山区人民的 物质文化生活水平发挥了重要作用。1 存在的问题怀化市小水电真正建设和发展是在 20世纪80年代前后，这部分电站装机 容量占地方电力总装机容量一半以上，运行年限多数在 15年以上。对这部分电 站进行分析研究，发现存在以下一些问题。1.1 电站装机容量偏小电站实际装机容量比根据水文、水能参数确定的装机容量小10% 20%有的甚至小 50%以上，具备增容条件。分析原因有以下几个方

44、面。1>80年代以前，水轮发电机组产品定型生产，规格品种少，设计选型采取 套用现成机型生产，所以很难满足电站实际需要。2>80年代以前建成的电站有的独立运行，有的在小系统中是主力电站，所 以在确定装机容量时，将年利用小时数考虑得很大，现在这些电站都并人规模 较大的电力系统运行，装机容量显得偏小。3>有的电站因为水头、流量参数的改变，原设计选用的水轮发电机组已不 适应改变了的水力参数。如芷江县蟠龙寨电站，原有设计流量为2m3/s，因为水库上游修建了彭家湾引水电站，使得下游流量增加了 1.2m3/2.3m3/s，造成蟠龙寨水库大 量弃水。1.2 机型老化且转轮效率低 这些老电站的

45、水轮机转轮，大多是参照美国和苏联早期的技术参数，其能量和气蚀指标低，如 HL123(HL240> HL702(HL220> HL260 HL638等转轮。一般制造厂提供的设计点的真机效率最高只有84%- 85%如芷江县蟠龙寨电站，单机容量100kW制造厂提供的设计点效率只有 82%比现在生产的机组效率低 10 个百分点，应该更新改造。1.3 机组运行偏离最优工况 机组运行区严重偏离转轮最优工况，气蚀严重，效率低。究其原因：一是当时定型产品规格少，不能满足部分电站需要，造成机组选型不当；二是机组 转速档次大，又没有合适的增速装置，勉强使用，致使机组气蚀严重、效率 低、振动噪音大。如溆

46、浦县骨干电站芹江电站，因为机组严重偏离设计工况运 行，泥沙磨损和气蚀相当严重，使机组大修周期缩短，大修费用增加。机组实 际最大出力比原有最大出力减少 250kW。1.4 制造工艺落后且质量差 水轮机转轮大多采用铸造工艺，其结构简单，叶片线型误差大，加工粗糙，光洁度差，造成水流脱流，引起机组振动、气蚀、效率降低，有的转轮效 率仅在 70%左右。80年代后期虽然在工艺上有改进，采用铸焊结构，但材质还 是以碳钢为主，工作寿命不长，更换周期较短。1.5 机组使用期将尽有 60%以上的机组使用期已接近或超过 20年。机组漏水、漏油严重，振动 加剧，噪音增大，效率降低超过 5%以上。电机绝缘老化，事故频发，亟待更新 改造。综上所述，老电站存在着不少安全隐患和效率低下的问题，需要进行更新 改