酒埠江水电站增效扩容改造技术探讨

第１／２期（总第９５期）　中国水能及电气化　Ｃｈｉｎａ　Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｉｃａｔｆｉｏｎ　酒埠江水电站增效扩容改造技术探讨　陈岳松，曾扬，黄洪辉　（湖南省酒埠江水电站，株洲４１２３１３）　摘要：最大程度利用电站原有的水工建筑物，选择合适的机型，并结合电站实际情况对部分技　术进行优化，确保机组出力及运行稳定是水电站增效扩容改造的关键。以酒埠江水电站增效扩　容改造为例，对机组选型、发电机通风冷却系统改进、主轴密封等问题进行了探讨。　关键词：水电站；增效扩容；机组选型；发电机冷却系统　中图分类号：ＴＶ７４２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７３—８２４１（２０１３）０１—００９０．０４　１酒埠江水电站概况　酒埠江水电站位于湖南省株洲市攸县境　内的湘江二级支流攸水上游。工程１　９５８年动　备绝缘老化等问题，机组运行安全性、稳定性　下降。　电站２０１１年被列为全国首批农村水电增效　扩容改造试点，２０ｌ２年１１月底，电站３台水轮　工，１９６０年电站建成发电。水库控制流域面　积６２５ｋｍ　，水库正常水位１６４．Ｏｍ，总库容为　２．６５亿１ＴＩ　，是一座具备年调节性能的大型水　利枢纽，枢纽开发以灌溉为主，兼顾防洪、　发电等综合效益。　电站为坝后引水式电站，装设３台３．ＯＭＷ的　立轴混流式水轮发电机组。采用单隧洞钢筋混　凝土一管三支的引水方式，在每台机组蜗壳入　口前装设ＤＮ１７５０ｍｍ电动蝶阀，蜗壳为半埋入　发电机组全部更新改造完毕，并投入运行。　２机组选型　２．１基本原则　１）保持现有水工建筑物基本不变，水轮　发电机组必须与现有的水工建筑物及尾水流道　相配合；　２）根据国家试点要求，机组增效扩容改　造额定工况下水轮发电机组的综合效率达到　８ｌ％以上，电量增加１０％以上。　式铸铁蜗壳。电站水轮发电机组均系上个世纪　５０年代国产设备，水轮机为仿苏ＰＯ一２６３．ＢＭ，　２．２基本参数要求　根据上述原则，结合电站水工枢纽建筑物　相关特性，增效扩容新机组必须满足下列参数　要求：　发电机为ＴＳ３２５／４４—２２，Ｂ级绝缘。机组设计水　头为３１．７ｍ，单机额定流量为１１．８８ｍ　／ｓ。由于当　时生产工艺及制作水平有限，经过５２年运行，　机组效率低，出力己不足设计值的７Ｏ％。同　时，机组出现了机械部件磨损、锈蚀，电气设　１）特征水头不变（最大水头３８．５ｍ，额定　水头３　１．７ｍ，最小水头２４．５ｍ）；　作者简介：陈岳松（１％８－），男，工程师，湖南省酒埠江水电站生产技术科副科长。Ｅ－ｍａｉｌ：６７２５５８６５８ｑｑ．ｃｏｍ　９０　ｌ中国水能厦电气化ＣＨＩＮＡＷＡＴＥＲＰＯＷＥＲ＆　农村水电增效扩容改造试点专辑　２）水轮机转轮直径基本不变，　即　１．３０ｍ＜Ｄ１＜１．３４ｍ；　点，改造机型仍选择立轴混流式水轮机。　经咨询相关水轮发电机组制造厂商，符合　电站改造要求的水轮机有４种（见表１）。　经比较，转轮ＨＬＡ５５ｌＣ的模型效率及额　定点效率最高，ＨＬ２４０效率最低，且ＨＬ２４０单　位流量偏小，设计工况偏离最优工况较大，　参数不够理想。ＨＬ２８０模型效率较ＨＬＡ５５１Ｃ　低，且额定流量较大。综合来看，ＨＬＡ５５１Ｃ　型模型转轮比较理想，且ＨＬＡ５５　１Ｃ转轮是一　种技术比较成熟的转轮型号，应用也较普遍，　运行效果理想。经综合比较，本次改造选用　ＨＬＡ５５　１Ｃ模型转轮。　根据模型的效率曲线（见图１）分析，　ＨＬＡ５５１Ｃ一１３２的额定点效率￣ＬＨＬＡ５５１Ｃ．１３４　高，ＨＬＡ５５ｌＣ—ｌ３２在３１．７ｍ及以下水头高效率　区比较宽，在高水头运行时又能增加机组的过　流量，更符合电站调度运行实际。原机组的吸　３）机组调节保证值要满足机组设备　安全、稳定运行的要求，即机组额定流量　ｌ１．８８ｍ　／ｓ，发电机转动惯量＞５０ｔ・ｍ２；　４）水轮机在额定水头３　１．７　１ＴＩ时出力　３．４８ＭＷ；发电机额定出力为３．３ＭＷ，最大出　力为４．１２５ＭＷ；　５）发电机冷却方式由自然通风冷却改为　密闭空气循环冷却方式，通风方式应满足机墩　基本不动的要求，空冷器的尺寸满足现有发电　机机坑尺寸的要求。　２－３机组容量选择　根据电站上述参数计算及增效扩容改造工　作要求，改造后单机容量（Ｐ－－－９．８１ｘｌ１．８８ｘ３１．７ｑ，　考虑综合效率　取９０％）可提高到３．３ＭＷ。　２．４水轮机方案选择　根据电站水头范围，以及电站高水位时　出高度为＋１．Ｏｍ，ＨＬＡ５５１Ｃ一１３２的吸出高度为　＋５．４７ｍ，在保持现有的安装高程（１２６．５ｍ）不　变的情况下，水轮机的空蚀特性更好。通过综　多为灌溉期，要保证灌溉流量，而在低水位没　有灌溉任务时，必须以发电效益为主的运行特　表１水轮机技术改造方案比较表　ＣＨＩＮＡＷＡＴＥＲＰＯＷＥＲ＆ＥＬＥＣ￣ＩＦＩＣＡＴｆＯＮ中国水能及电　化ｌ　９１　农村水电增效扩容改造试点专辑　Ａｌｂｕｍ　ｏｆＲｕｒａｌ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｐｉｌｏｔ　ｆ　Ｉ　ｌ　ｌ　ｌ｝　’　１　－　一／　Ｉ　’　Ｉ　　Ｉｌ　ｌ　Ｉ　Ｉ　Ｉ｝　Ｉ　　’Ｉ　ｊ　Ｉ　Ｉ　‘　ｊ　…ｌ　Ｉ　Ｉ【Ｉ　。’‘‘　　一一一　Ｉｌ啊Ｉ　ｌ　　一　Ｉｌ＿・Ｉ・Ｌ　Ｊ　Ｌ一一Ｉ　Ｌ　ｌ，　，　．　…Ｌ，，　：Ｌ　．　；　；　；　；一；　；　；　；ｉ：；ｆ；；　；ｉ　ｉ§　～一　，　，／，　，　毒　，　ｔ’，　，／，　，　／／，　－　—　＾、　ｒＪ　、　ｌ　ｆ　Ｉ　，　Ｉ　，　，，，　，　＝　ｒ，Ｊ　，　ｒ，　ｒ　／Ｊ／．口擀　，．ｑ一　／　／　’　－．ｊ　：野暂，　鼋　‘一　！　，　，●　，　ｒ　Ｉ，ｒ　瞄　／　，　Ｌ　ｆ　ｆ　７　Ｉ　Ｉ　ｆ，＾　，．，　亭　ｒ，．　￡　，』　一　＿ｔｔ．ｔ　！鳓　Ｊ　甜：拄Ⅱ　丑　Ⅱ　王　　ｌ一、　一＋～］一一　＿　Ⅻ　－　ｆ　＿　一　Ｔ一　＿ｌ＿　■　Ｈ　Ⅲ　＿　图１　ＨＬＡ５５１Ｃ一１３２转轮运转特性曲线（ｎ＝３７５ｒ／ｍｉｎ）　合比较，水轮机选用ＨＬＡ５５１Ｃ一１３２。　在的３７５ｒ／ｍｉｎ，机组重量减轻，荷载减小。发　电机绝缘由Ｂ级改为Ｆ级绝缘，提高了机组的绝　考虑到电站原水轮机蜗壳、导水机构都是　铸造件加工粗糙，流道不理想，本次改造一并　更换成与转轮相匹配的钢板压制蜗壳，以便优　化转轮进、出水角度。并更换５４０ｍｍ长尾锥管　和尾水补气部分，更好减少流道水能损失，提　高尾水能量回收。　缘等级。冷却方式由开敞式风冷更改为封闭式　水冷，不仅可降低定子线圈的温度，还可提高　机组的过载能力。　３技术改造方案优化　３．１发电机冷却系统改造　１）冷却方式选择：原有发电机是Ｂ级绝　缘，原自然风冷却冷却方式冷却效果很不理　２．５发电机选择　根据电站现有参数计算，机组改造后单　机容量可提高到３３００ｋＷ。同时，考虑到电　站地处湘东幕阜山暴雨中心，在极端天气情　况下，水库调蓄能力不足，调度手段有限，　为增加电站发电消落能力，提高水资源利用　效益，本次改造要求发电机具备１０％的过负　想，在３．０ＭＷ额定负荷运行时，定子温度长期　超过１００℃，加快了线圈绝缘的老化，而且在　停机过程中发电机线圈较易受潮，严重影响了　机组运行的可靠性、稳定性。针对上述问题，　本次改造，将原开敞式自然风冷却改成封闭式　空气冷却器冷却方式，外加辅助加热器。　２）空冷器设计：由于原来机坑通道宽仅　荷能力。综合上述因素，发电机选择了与水　轮机相匹配的ＳＦ３３００—１６／３０５０，相关参数见　表２。同时为合理有效利用原有基础，发电　机机座不变，以保证发电机结构尺寸与现有　水工结构相匹配。　发电机的转速由原来的２７３ｒ／ｍｉｎ提高至现　６００ｍｍ，空间十分有限，不利于冷却系统布　置。为了保证通道有足够空间，方便检查维　护，将定子外壁挂空冷器处做成直边形，同　表２改造后发电机主要参数　９２　ｌ中＿水脯及电　化ＣＨＩＮＡＷＡＴＥＲＰＯＷＥＲ＆ＥＬＥＣＴＲＩＦｔＣＡ３１Ｃ，Ｎ　农村水电增效扩容改造试点专辑　Ａｌｂｕｍ　ｏｆＲｕｒａｌ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ　Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｐｉｌｏｔ　时冷却器改由紫铜、铜镍合金的无缝管与合金　顶盖密封与尾水补气箱下部用一根　ｌ５０ｍｍ无　金属叠片组成，以增加散热面积，提高冷却　效果。空冷器厚度只有１７０．０ｍｍ，通道空间最　小处有４３０．０ｍｍ，最大限度地节约了空间。运　行实际表明，在３．４ＭＷ负荷运行时，空冷器　的热风５８．３℃，冷风２２．５２℃，定子温度最高　只有８４．６℃，远低于Ｆ级绝缘允许的最高温度　１４０℃，冷却效果非常理想。同时，辅助加热　器还很好地解决了线圈受潮的问题。　３）定子内部风道优化：常规情况下，改　成封闭式空冷后，为了保证定子内部的通风　道，在原有土建结构不作损坏的情况下，定子　踏脚板的高度必须抬高，这样势必会出现通风　道高度的一个台阶，影响发电机层外观的整体　性。由于电站厂房宽度有限，内空仅９．０米，　为满足机组运行安全和维护操作的方便，设计　时在不降低定子本身强度的前提下，将定子承　重支架的线圈上、下端部改成Ｖ型钢板支架结　构，以增加风道，同时，挡风板采用玻璃钢压　制成流线形导风圈，固定在上、下机架的支臂　上。运行实际表明，通过改造，既保证了发电　机风路中压力损失低、通风顺畅，又减少了漏　风和通风损耗，同时其较高的刚度还有效的防　止通风引起的机械振动噪音，确保了厂房安全　通道的畅通和整体性。　３．２主轴密封的改造　传统的水轮机主轴密封主要是采用盘根　密封，易磨损，漏水，正常维护量大。本次改　成巴氏合金无接触式密封，结构简单，维修方　便。主要是以巴氏合金材料作为密封件，巴氏　合金密封与主轴始终似接触非接触状态，而在　缝管连接一起，利用项盖漏水旋转离心力与尾　水真空的吸力，达到将主轴密封渗水排至尾水　管内的目的。这种密封可自我调整，不但密封　效果好，而且减少了机房内的渗水量。　４增效扩容的效果　湖南省湘电试验研究院有限公司对改造后　新机组进行了试验，技术报告评价如表３。　根据试验测试的结果，水轮机出力及效　率、流量等各项指标均优于设计值，达到且超　过预期效果。　５结语　在不改变水工建筑物的情况下，对老旧电　站的增效扩容改造，选择适合电站水位特征的　水轮机型号是增效扩容改造的关键。根据电站　实际对机组局部结构进行优化，并选择安装维　护简便、性能优越的轴承、冷却器等新产品，　不仅可以提高机组运行的可靠和稳定性，降低　机组运行、维护成本，确保增效扩容改造成　效，还可有效缩短工期，较快恢复电站的正常　运转。　参考文献：　［１］左光璧．水轮机［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，１９９５．　【２］盛国林．水轮发电机组安装与检修【Ｍ］．北京：中国电力　出版社，２００８．　【３］哈尔滨大电机研究所．水轮机设计手册出版社【Ｍ］．北　京：机械工业出版社，１９７６．　［４］ＳＬ１６８—９６小型水电站建设工程验收规程【Ｓ］．　中＿水能及电　化１　９３