橫錦一級(jí)水電站機(jī)組改造增容改造設(shè)計(jì)

橫錦一級(jí)水電站機(jī)組改造增容改造設(shè)計(jì)

新中國(guó)成立以來(lái)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)修建了40000家小型水庫(kù)，擁有7萬(wàn)多臺(tái)機(jī)組，總安裝功率為2020萬(wàn)元，其中大部分為20世紀(jì)50年代。由于當(dāng)時(shí)條件限制,這些電站的水輪機(jī)多數(shù)是應(yīng)用前蘇聯(lián)或美國(guó)40～50年代的技術(shù),制造技術(shù)落后,效率、單位轉(zhuǎn)速較低,過(guò)流能力差,總的能量指標(biāo)偏低。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,近期開(kāi)發(fā)的新型轉(zhuǎn)輪,其能量、空化和穩(wěn)定性等技術(shù)性能已全面超過(guò)以前的轉(zhuǎn)輪。同時(shí)抗蝕性能優(yōu)良的不銹鋼材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用,發(fā)電機(jī)絕緣等級(jí)的提高,通風(fēng)技術(shù)的改進(jìn),國(guó)家新電新價(jià)和峰谷電價(jià)差政策的實(shí)行,為小型水電站老式機(jī)組增容改造,提高效率、提高設(shè)備運(yùn)行可靠性,增強(qiáng)調(diào)峰能力,創(chuàng)造良好的條件。本文就橫錦一級(jí)電站增容改造作簡(jiǎn)要介紹,以作為其它小型水電站增容改造的借鑒。1機(jī)組運(yùn)行綜合效率橫錦一級(jí)電站位于浙江省錢(qián)塘江流域金華江水系東陽(yáng)江主流上,距東陽(yáng)市27km。工程以灌溉、防洪為主,兼有發(fā)電、養(yǎng)魚(yú)、供水等作用。電站原安裝兩臺(tái)3000kW的HL263喀什型立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組,經(jīng)過(guò)30多年運(yùn)行,電站的機(jī)組設(shè)備利用小時(shí)已超過(guò)10萬(wàn)h,早已達(dá)到了設(shè)備利用年限。其間兩臺(tái)機(jī)組曾先后進(jìn)行過(guò)12次大修,更換過(guò)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪2只,導(dǎo)水葉16只,機(jī)組軸承及油冷卻器4組。機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分磨損明顯,發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子線圈絕緣老化嚴(yán)重,調(diào)速器操作不靈,蝴蝶閥止水充氣回帶破損且漏水大,機(jī)組處于帶病運(yùn)行狀態(tài)。1、2號(hào)機(jī)組運(yùn)行綜合效率分別為79.5%和78.0%,均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低綜合效率82%的要求,說(shuō)明兩臺(tái)機(jī)組已處于報(bào)廢更新或技術(shù)改造的狀況。為提高橫錦水庫(kù)大壩防洪標(biāo)準(zhǔn),1984年大壩已加高4.5m,水庫(kù)正常蓄水位由原設(shè)計(jì)的155.10m,提高到159.00m。溢洪道進(jìn)口底板高程158.50m。擬加裝4.0m高的橡膠壩,水庫(kù)正常蓄水位將達(dá)到162.50m。上述措施使水庫(kù)庫(kù)容加大,發(fā)電水頭提高,電站原裝機(jī)容量明顯偏小,同時(shí)隨著當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)快速發(fā)展,電網(wǎng)峰谷差矛盾突出。為改變機(jī)組設(shè)備陳舊老化的現(xiàn)狀,提高電站發(fā)電效益,增強(qiáng)電站調(diào)峰能力,橫錦一級(jí)電站的機(jī)組改造增容勢(shì)在必行。2發(fā)電機(jī)的安裝為節(jié)省投資,縮短工期,制定了橫錦一級(jí)電站增容改造的設(shè)計(jì)原則。(1)水輪機(jī)額定水頭由原設(shè)計(jì)32.5m提高至36.0m,機(jī)組單機(jī)容量由3000kW增容至4000kW。(2)水輪機(jī)的蝸殼、座環(huán)、尾水管三大埋設(shè)部件不拆除,仍保留使用。(3)水輪機(jī)的輸水管路系統(tǒng)不予變動(dòng),繼續(xù)使用。(4)發(fā)電機(jī)的混凝土風(fēng)罩內(nèi)徑Φ4290mm不變,發(fā)電機(jī)定子機(jī)座的基礎(chǔ)螺栓保留使用。(5)要求制造商4000kW機(jī)組的最重件的吊運(yùn)重量不超過(guò)原行車起重量30t。(6)電站原油、氣、水管路系統(tǒng)盡量予以利用。(7)水輪機(jī)安裝高程119.50m和水輪機(jī)主軸與發(fā)電機(jī)大軸連接點(diǎn)面高程122.20m不變。(8)在保證設(shè)備布置合理、運(yùn)行維護(hù)方便的前提下,盡量減少土建工程量。3改造前后發(fā)電機(jī)性能對(duì)比機(jī)組選型是小型水電站增容改造的關(guān)鍵。根據(jù)橫錦一級(jí)電站增容改造的設(shè)計(jì)原則,電站改造后,機(jī)組容量增加33%,而水輪機(jī)安裝高程不變,且直徑不能增大,因此必須選擇與電站流道近似的國(guó)內(nèi)已研究成功的效率高、過(guò)流量大、單位轉(zhuǎn)速高、空化和穩(wěn)定性好的新型轉(zhuǎn)輪,才能滿足上述要求。經(jīng)過(guò)綜合分析比較,最后選用哈爾濱大電機(jī)研究所的A551轉(zhuǎn)輪,現(xiàn)將改造前后HL263與A551轉(zhuǎn)輪性能比較見(jiàn)表1,水電機(jī)組技術(shù)性能參數(shù)見(jiàn)表2。A551轉(zhuǎn)輪最高效率93.5%,單位流量達(dá)1350L/s,因而在轉(zhuǎn)輪直徑可以比原機(jī)組還稍小的情況下,出力增加33%以上,同時(shí)單位轉(zhuǎn)速高,使機(jī)組轉(zhuǎn)速由273r/min增加到375r/min,這樣發(fā)電機(jī)可在原機(jī)坑不變情況下,增加33%以上容量。此外,其空化系數(shù)小,穩(wěn)定性能好。4空氣冷卻器問(wèn)題橫錦一級(jí)電站增容改造需利用原機(jī)坑、埋設(shè)部件也保留使用,故新機(jī)組與原埋設(shè)部件的接口等問(wèn)題必須根據(jù)電站的具體情況,由設(shè)計(jì)單位和設(shè)備制造商、運(yùn)行單位密切配合協(xié)調(diào)解決。(1)發(fā)電機(jī)冷卻方式。由于原機(jī)組的機(jī)坑尺寸,基礎(chǔ)風(fēng)道及冷卻風(fēng)路均為管道通風(fēng)的布置方式,新機(jī)組若采用空氣冷卻器密閉循環(huán)通風(fēng)冷卻方式,空氣冷卻器布置困難,現(xiàn)根據(jù)同類機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),采用風(fēng)道強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻方式,選用二臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)。(2)水輪機(jī)新轉(zhuǎn)輪直徑比原轉(zhuǎn)輪小,但葉型高度增加。為適應(yīng)新轉(zhuǎn)輪,對(duì)基礎(chǔ)環(huán)進(jìn)行修磨,尾水管直錐段上部約125mm長(zhǎng)度按新轉(zhuǎn)輪要求進(jìn)行清除。(3)水輪機(jī)尾水管直錐段按新轉(zhuǎn)輪要求進(jìn)行改造,電站原底環(huán)下部的水輪機(jī)補(bǔ)氣孔全部鏟除?？紤]到新轉(zhuǎn)輪空蝕特性優(yōu)越,且新轉(zhuǎn)輪葉片和下環(huán)采用ZGOCr13Ni5MO不銹鋼材料,其抗空蝕能力強(qiáng),故補(bǔ)氣裝置不再修復(fù)。(4)由于原電站的流道與A551轉(zhuǎn)輪試驗(yàn)流道有一定差異,如蝸殼流速系數(shù)稍大,導(dǎo)葉數(shù)目不模擬,以及引水部件連接處不合理等因素,因此在選型計(jì)算采用摩迪公式Δη=(2/3)×(1-ηmax)×[1-(DM/DT)1/5]進(jìn)行效率修正時(shí),除將2/3改為1/2外,還扣除異形部件因素,以留有余量。5機(jī)組運(yùn)行效率橫錦一級(jí)電站增容改造概算投資1219萬(wàn)元,電站于1995年9月開(kāi)始拆除舊機(jī)組,1996年1月開(kāi)始新設(shè)備安裝,1996年4月并網(wǎng)發(fā)電。新機(jī)組可以在額定負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行,發(fā)電機(jī)的溫升和機(jī)組各部的振動(dòng)和擺度均符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。改造后,機(jī)組綜合效率達(dá)86.4%,每年平均發(fā)電量增加290萬(wàn)kW·h每年增加效益352萬(wàn)元。此外,在電站進(jìn)行機(jī)組增容改造的同時(shí),變壓器、配電裝置及電站監(jiān)控、保護(hù)系統(tǒng)等電氣一、二次設(shè)備進(jìn)行了全面的更新。6制定合理的增容改造方案(1)通過(guò)電站增容改造,可以增加電站調(diào)峰容量,提高機(jī)組運(yùn)行效率和運(yùn)行可靠性,其獲得的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是明顯的。隨著時(shí)間的推移,我國(guó)的老電站,舊機(jī)組將逐年增加,采用新技術(shù)、新工藝、新材料對(duì)老電站進(jìn)行增容改造,是一項(xiàng)投資少、周期短、見(jiàn)效快、效益高的措施,是發(fā)展水電事業(yè)中一項(xiàng)不可忽視的工作。(2)電站增容改造應(yīng)根據(jù)電站具體情況具體分析,改造前要進(jìn)行仔細(xì)的可行性研究。新設(shè)計(jì)的機(jī)組應(yīng)充分利用原設(shè)備的基礎(chǔ)及埋件,原機(jī)組的大軸、上、下機(jī)架等部件凡經(jīng)加工后仍可使用者均應(yīng)利用,這樣不僅可以節(jié)省投資,還可以縮短供貨周期。(3)廣泛收集新轉(zhuǎn)輪