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1、源口一级水电站技改增容及自动化改造与实施源口一级水电站技改增容及自动化改造与实施浙江武义县水利水电勘测设计所郎敏付蔽莉浙江武义县源口水库管理处王晓明摘要源 t7 一级水电站技改增容及自动化改造是武叉水电杞村电气化县建设主要项目,是浙江省八个自动化试点电站之一.电站存在装机容量偏小机型老化,效率低绝缘老化和自动化程度低等问题,急需更新改造.改造原则是投资少,周期短,使用成熟的新技术和先进设备.实施计划周密,取得了明显的经济效益,实现了电站运行管理自动化,信息数字化关键词水电站技改增容自动化改造实施一概况源口一级水电站为武义县源口水库坝后式电站.该电站建于 l978 年,电站装机容量 2000kW
2、(2X8OOkW+1X400kW),电站多年平均发电量 697万 kW?h.电站设计水头 31m,流量 8.5m/s.源口水库总库容 2360m,水库控制集雨面积91km,后从另外流域引入水罩年均 2000 万 IIl,发电水量充沛,原装机规模相对偏小,而水库调节库容相对不大,年均弃水多达 2000 万 m.表 1 源口一级水电站原机组主要参数表机纰编 l23 一水轮机型号 lIl24()一 WJ 一 7lHIl23 一 WJ-5()瞪计水(f1)3lJ245泄汁流(I 】 /s)3.480.71.98额定转速(r/milj)60()75()发 I 乜机型 ISWI43/4410rSW9937
3、8发电机功率(kW)800400额定转违(r/mn)600750Ij!fI 转速(tttit)l370l80()制造采广两御州水轮厂机挺渊逑器 XTJ00(1r 电动阀门()l20()J1fIl 阀(D80(j 闻出 IJ 剐 l977197ll60中国农村水电及电气化20062二水电站技改增容及自动化改造的必要性1.电站存在的问题源口一级水电站经 20 多年的运行,机电设备已陈旧,主要存在如下问题:(1)水轮机转轮汽蚀严重,效率大为降低,尤其是 3 机组,限于当时条什,选型不当,其转轮运.L 况与电站实际工况偏差较大,致使运行效率降低,转轮叶片局部已剥落.(2)发电机绝缘老化严重,其定子线圈
4、为 B 级沥青绝缘,等级低,ltfB 差,极易受潮.另外,由于热老化,电老化,机械老化等多种囚素的影响,使发电机定子线圈许多位置出现绝缘层流胶发空,裂纹以及槽楔,线圈线绑扎松动等现象,无法满足机组安运行的要求.发电机转子线圈对地和匝间绝缘老化也较严蕈.(3)电站主变为 SJSL-4000/35,属国家明令淘汰产品,尤其在 1989 年冬季检修期间,1OkV 线圈绕组发现匝问短路,虽经修复,但隐患仍存,严虫危及机组安全运行.(4)老式配电柜达不到五防要求,油开关,隔离开关等一次设备巳陈旧老化,均属淘汰产品,直流系统为铅酸蓄电池,地多,维护上作量大,不符合环保要求.2,水量利用率偏小由于水库制集雨
5、积逃 91km,多年平均来水量】.2 亿 In,另从相邻流域引水 24kin,引入水;ij 酶量年均达:000 万 Ill 以上,而水库正常库容仅为2160Ill,水库多年平均弃水量多达 200O 万 m,敛使水量利用率低,有对电站进行增容,才能增加发电量,减少水资源浪费.3.农村水电现代化建设的需要源口一级水电站建于 1978 年,自动化程度偏低,不符合水利部(农村水电技术现代化指导意见提出的在农村水电站发电,供电和经营管理争面采用现代技术,实现无人值班,少人值守的要求,进行闩动化改造,对提高电站自动化程度,减轻运行人员的劳动强度,提高电站运行管理水平是非常有必要的.三.电站技改增容及自动化
6、改造方案1.原则的确定根据源口一级水电站的实际情况,从经济性,合理性和 It,r 限性考虑,应满足下列原则 :原电站十建 J_程尽量保持原状,以减少投资并缩短工期;原主机组基本尺寸保持不变,水轮机利用原蜗壳等水下预埋件,气,水管路基本不变;因地制宜,合理采用同内一些成熟的新技术和先进设备,以适应农村水电技术现代化的需要,提高电站综合自动化水平.2.机组增容的确定根据电站现状运行情况,正常运行水头存3234in 之间,根据流域规划,源口水库上游将建一胯正常库容 1000 万 ffl 左右的水库 (F=41km),减轻本水库的防洪压力,适当提高源口一级站的设计水头是可行的.最终确定电站的设计水头为
7、32111,最大水头 38m,最低水 20m.电站装机容量由 2000kW 增容至 2500kW.3.机组技改增容方案的确定(1)水轮机选型.根据电站技改增容的原则,电站引水系统不变,电站由 2000kW 增至 2500kW;水轮机蜗壳,导水机构,尾水管基本不变,更换水轮机转轮;发电机更换定,转子线圈,提高绝缘水半,由原 B/B 级绝缘提高至 F/F 级绝缘,发电机极数不变;要求单机机组最重什的吊运重量不超过桥机起吊重量;充分利用电站原油,气,水管路系统.根据上述要求,l,2#水轮机在额定水头的出力须达到 l059kW,3 机出力达到 535kW,而经理论计算,原 l,2 机任额定水头最大出力
8、为 97OkW,3 机为 48OkW,同时,原水轮机经 20多年的运行,转轮叶片磨损,空蚀损坏,效率下降,现状出力比理论计算更低,因而须更换新转轮,才能满足增容的要求.根据电站运行水头 2038m 的范围,查中小型轴流式混流式水轮机转轮系列型谱,适合电站增容且效率较高的转轮型号有 II24O,HL240C,HLF13,因此,1,2 机初选 H240 一 WJ 一 74,IIL240CWJ-74,HLF13 一 WJ-74 三种机,3#机初选 HL240 一 WJ 一 52,HI240C-WJ-52,IILF13 一WJ 一 52种机型分别进行综合分析比较,详表2,表 3:表 21#,2 水轮机
9、三种机型参数比较表水轮机IH41)J 一 74【II241lC,_卜 74lILIl3 一 WJ74水儿(II/)32323单佗拼 f 蚺(n1f-;)f.20j.23J.8单俯转述 Ir/tl/it/7H787H流撼(1 【1/s)3Ij.83.n7出力(kV)Ill591059I()59敞书(,)9l088.4)二.(1呲 IH 离虚 (HI):.459】4.3S栅窀转造(r/iitinl61/1I 州)【 l州 1E 迫转速(r,fI1|fll3241378I41(1水推 JJ(t)5,8867l1.47最高救率(n929()8924表 33#水轮机三种机型参数 E 匕较表水轮机号 II
10、L240 一 WJ52il240CWf 一 52IILI3 一 WJ 一 51水 fIl1)33j!啦他流疑【Il1l,231.241.24堆他转逑(r,/Illil1)6969)流【ji,s)l881.)flj.f)出山(kW)53553S535艘串(000.689.R9.5l 啦跬 1 商鹰【ll1)2.8f4.8941吉畦定转进(r/ll/i11)7507Sn75(1逸转速(r/min)l4i962006水推()201)3.3i4.86f 箍高效率)9290,892.4从表 2 看出,HLFl3 一 WJ-74 比 HL240C-WJ 一74,HL240-WJ-74 额定点效率分别高出
11、3,6%和l,0%,且额定点单位流量为 1.18m/s,限制工况点单位流量为 1.48m/S,说明该转轮具有较大超发能力,能较好满足电站增容的要求.从表 3 看出,HL240-WJ 一 52 额定点效率最高,但额定点正接近中国农村水电及电气化2006,261限制工况.HLFl3 一 WJ 一 52 转轮效率稍低,查该水轮机模型综合曲线,额定点偏离在高效率区的左下方,随着水的增加,效率下降.ttL240CWJ 一52 转轮额定点接近高效率区,水头存额定水头附近变化,具有较高的效率,超发能力与 HLF13 一WJ 一 52 相近.根据厂家报价,二三种号水轮机转轮价格相差无几.综上所述,I,2 轮机
12、型号最终拟选 HLF13 一 WJ 一 74,3 水轮机拟选 HL240CWJ 一 52.主要技术参数见表 4.表 4 拟选水轮机主要技术参数表倒号 l2 水轮帆 3 水轮十 J【技术参数H【Il3 一 W 卜 74Hl240C-WJ-52转轮:侄(1)0.740.52额定水呔(Il1)3232最商水头(1I1)3838娃低水(In)2【】2(J额定流量(川/s)3.671.9额定II 力(kW1l()59535额 r 庄点效棼()92. 【】89.6额定转速(r/mh1)60075(1峨 m 岛度(II1)+4.3 牲+4.89乜逸转速(r/I/in)l4l0l%1水推 JJ(t)9.473
13、3l(2)水轮发电机的技改增容.l,2 发电机原定子线圈采用 3 根 1.35X3.8IllIll,3 机为 2 根l.253.9mm2 铜线并绕而成,主绝缘为 B 级沥青绷云母带,绝缘层较厚.发电机增容改造通过定子线圈更换新高耐压薄绝缘结构以增加导线截面,l,2 定子线圈改成 41.64.6mm 铜线并绕,3 机改成 21.74.Oinm 铜线并绕.同时提高绝缘耐热等级至 F 级.1,2 机转子线圈原为 2.6330,3 机原为 1.9522 扁铜排绕制而成,每共 43.5 匝,匝间和对地绝缘为 B 级绝缘,改造后,转子线圈增加 l0%拼接在每只线圈卜,绝缘更换成 F 级.发电机经上述方案的
14、技术改造,能达到电站增容的目的,见表 5.(3)辅助设备及水机附属设备改造.电站的辅助设备及水机附属设备主要有起吊设备,消防设备调速器,供气,供水系统.起吊设备主要承担水轮发电机组及辅助设备安装,检修时的设备起吊-I=作.电站增容后发电机重量增加约 l00kg,原来62中国农村水电及电气化2006.2表 5 改造后水轮发电机主要技术参数,型 l,!水轮发电帆 3 水轮发电机技术鍪敬,SFWl(J00 一 l0/l430W5(螂一 8/990领定功书(kW)lOOO51)1)额定电(kV)0.630.63额定电流 Al】4.557.3额定转淫(1/mii1)600750功率因索 0.8(滞后)0
15、.8( 滞后)发也机嫂率%94.593.5起吊设备可利用,不必更换.供气,供水对象电站技改增容前后基本无变化,可继续保留使用.原1#,2 机调速器型号为 XT 一 1000,最.人操作功为1000kg?m,额定油压 25kg/cm,机组技改增容后,将 1w,2 机组与 3 机组丁,电动操作系统改为 BWT 一 1B 型可编程步进微机调速控制器,该控制器同时检测机频及网频,并按其差值进行 PID 调节,使机组频率自动跟随网频变化,并网速度快,操作方便.根据规范,结合厂房现状,消防设施需增没消火箱一只,增配若干 l2ll 灭火器.(4)电工(电气一次)的技术改造 .源口级站电气主接线为三机一变扩大
16、单元接线,根据电站技改的原则,原主接线方案不宜改动,仍采用三机一变扩大单元接线,考虑一级站装机容量从2000kW 增容 2500kW,同时兼顾下游二 ,三,四级电站技改增容的可能性,做好长远规划,主变从4000kVA 更换为 5000kVA,号为 SS9-5000/35.源口一级站原高压开关设备为 GGlA,固定式开关柜,所装 SN 少油断路器,隔离开关为 GN 型,均为淘汰产品,需进行更换.考虑到原高压开关维护比较方便,从经济,改造时问周期方面考虑,仅把主要元件断路器 SN 更换为 ZN,和隔离开关GN 型更换为 GN 型即满足要求.原直流系统为铅酸蓄电池,维护工作量较大,且不环保,更换为免维护蓄电池,整流设备采用PZG8 一 l00/200 型高频开关电源,即可满足电站控制合闸及事故照明要求.励磁装置功率单元采用三相全控桥,逆变灭磁,励磁调节器采用
