横锦一级水电站机组改造增容改造设计

横锦一级水电站机组改造增容改造设计

新中国成立以来，据统计，中国修建了40000家小型水库，拥有7万多台机组，总安装功率为2020万元，其中大部分为20世纪50年代。由于当时条件限制,这些电站的水轮机多数是应用前苏联或美国40～50年代的技术,制造技术落后,效率、单位转速较低,过流能力差,总的能量指标偏低。随着科学技术的发展,近期开发的新型转轮,其能量、空化和稳定性等技术性能已全面超过以前的转轮。同时抗蚀性能优良的不锈钢材料的开发应用,发电机绝缘等级的提高,通风技术的改进,国家新电新价和峰谷电价差政策的实行,为小型水电站老式机组增容改造,提高效率、提高设备运行可靠性,增强调峰能力,创造良好的条件。本文就横锦一级电站增容改造作简要介绍,以作为其它小型水电站增容改造的借鉴。1机组运行综合效率横锦一级电站位于浙江省钱塘江流域金华江水系东阳江主流上,距东阳市27km。工程以灌溉、防洪为主,兼有发电、养鱼、供水等作用。电站原安装两台3000kW的HL263喀什型立轴混流式水轮发电机组,经过30多年运行,电站的机组设备利用小时已超过10万h,早已达到了设备利用年限。其间两台机组曾先后进行过12次大修,更换过水轮机转轮2只,导水叶16只,机组轴承及油冷却器4组。机组转动部分磨损明显,发电机定、转子线圈绝缘老化严重,调速器操作不灵,蝴蝶阀止水充气回带破损且漏水大,机组处于带病运行状态。1、2号机组运行综合效率分别为79.5%和78.0%,均低于国家标准规定的最低综合效率82%的要求,说明两台机组已处于报废更新或技术改造的状况。为提高横锦水库大坝防洪标准,1984年大坝已加高4.5m,水库正常蓄水位由原设计的155.10m,提高到159.00m。溢洪道进口底板高程158.50m。拟加装4.0m高的橡胶坝,水库正常蓄水位将达到162.50m。上述措施使水库库容加大,发电水头提高,电站原装机容量明显偏小,同时随着当地工农业快速发展,电网峰谷差矛盾突出。为改变机组设备陈旧老化的现状,提高电站发电效益,增强电站调峰能力,横锦一级电站的机组改造增容势在必行。2发电机的安装为节省投资,缩短工期,制定了横锦一级电站增容改造的设计原则。(1)水轮机额定水头由原设计32.5m提高至36.0m,机组单机容量由3000kW增容至4000kW。(2)水轮机的蜗壳、座环、尾水管三大埋设部件不拆除,仍保留使用。(3)水轮机的输水管路系统不予变动,继续使用。(4)发电机的混凝土风罩内径Φ4290mm不变,发电机定子机座的基础螺栓保留使用。(5)要求制造商4000kW机组的最重件的吊运重量不超过原行车起重量30t。(6)电站原油、气、水管路系统尽量予以利用。(7)水轮机安装高程119.50m和水轮机主轴与发电机大轴连接点面高程122.20m不变。(8)在保证设备布置合理、运行维护方便的前提下,尽量减少土建工程量。3改造前后发电机性能对比机组选型是小型水电站增容改造的关键。根据横锦一级电站增容改造的设计原则,电站改造后,机组容量增加33%,而水轮机安装高程不变,且直径不能增大,因此必须选择与电站流道近似的国内已研究成功的效率高、过流量大、单位转速高、空化和稳定性好的新型转轮,才能满足上述要求。经过综合分析比较,最后选用哈尔滨大电机研究所的A551转轮,现将改造前后HL263与A551转轮性能比较见表1,水电机组技术性能参数见表2。A551转轮最高效率93.5%,单位流量达1350L/s,因而在转轮直径可以比原机组还稍小的情况下,出力增加33%以上,同时单位转速高,使机组转速由273r/min增加到375r/min,这样发电机可在原机坑不变情况下,增加33%以上容量。此外,其空化系数小,稳定性能好。4空气冷却器问题横锦一级电站增容改造需利用原机坑、埋设部件也保留使用,故新机组与原埋设部件的接口等问题必须根据电站的具体情况,由设计单位和设备制造商、运行单位密切配合协调解决。(1)发电机冷却方式。由于原机组的机坑尺寸,基础风道及冷却风路均为管道通风的布置方式,新机组若采用空气冷却器密闭循环通风冷却方式,空气冷却器布置困难,现根据同类机组运行经验,采用风道强迫通风冷却方式,选用二台轴流风机。(2)水轮机新转轮直径比原转轮小,但叶型高度增加。为适应新转轮,对基础环进行修磨,尾水管直锥段上部约125mm长度按新转轮要求进行清除。(3)水轮机尾水管直锥段按新转轮要求进行改造,电站原底环下部的水轮机补气孔全部铲除。考虑到新转轮空蚀特性优越,且新转轮叶片和下环采用ZGOCr13Ni5MO不锈钢材料,其抗空蚀能力强,故补气装置不再修复。(4)由于原电站的流道与A551转轮试验流道有一定差异,如蜗壳流速系数稍大,导叶数目不模拟,以及引水部件连接处不合理等因素,因此在选型计算采用摩迪公式Δη=(2/3)×(1-ηmax)×[1-(DM/DT)1/5]进行效率修正时,除将2/3改为1/2外,还扣除异形部件因素,以留有余量。5机组运行效率横锦一级电站增容改造概算投资1219万元,电站于1995年9月开始拆除旧机组,1996年1月开始新设备安装,1996年4月并网发电。新机组可以在额定负荷下稳定运行,发电机的温升和机组各部的振动和摆度均符合规范和设计要求。改造后,机组综合效率达86.4%,每年平均发电量增加290万kW·h每年增加效益352万元。此外,在电站进行机组增容改造的同时,变压器、配电装置及电站监控、保护系统等电气一、二次设备进行了全面的更新。6制定合理的增容改造方案(1)通过电站增容改造,可以增加电站调峰容量,提高机组运行效率和运行可靠性,其获得的经济效益和社会效益是明显的。随着时间的推移,我国的老电站,旧机组将逐年增加,采用新技术、新工艺、新材料对老电站进行增容改造,是一项投资少、周期短、见效快、效益高的措施,是发展水电事业中一项不可忽视的工作。(2)电站增容改造应根据电站具体情况具体分析,改造前要进行仔细的可行性研究。新设计的机组应充分利用原设备的基础及埋件,原机组的大轴、上、下机架等部件凡经加工后仍可使用者均应利用,这样不仅可以节省投资,还可以缩短供货周期。(3)广泛收集新转轮