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1、XX省 XX县石门水电站增效扩容改造工程初步设计报告6 电工、金属结构及通风空调审 查：校 核：编 制： 目 录6.1 水力机械.6-36.2 电气一次.6-96.3 电气二次 .6-186.4 金属结构.6-246.5 通风空调.6-246.6 附表.6-256 机电、金属结构及通风空调6.1 水力机械6.1.1 电站现状石门水电站位于广东省新丰县小镇与梅坑两地区之间，是一座高水头引水式水电站。电站现有三台冲击式发电机组，水轮机型号CJ461-W-120/115.5，发电机型号为TW215/47-12，总装机容量为32000kW，年发电量2238万kWh，年利用小时3730小时，在新丰县电网
2、系统中起着重要的作用。6.1.2 机电设备改造的必要性 机组参数与水能参数不符由于石门水电站为径流式电站，仅有一个日调节水库，有效容积仅9万m，每年有大量弃水，水能没有得到充分的利用。根据水文计算结果，现电站的水能参数与机组参数已不相符，机组存在一定的增容空间。 机组效率水轮机及发电机均为上世纪80年代的产品，受当时设计及制造水平的限制，水轮机的效率较低，真机与现在的优秀转轮相比，其动能指标（流量、效率）明显偏低，效率相差3%5%左右，存在增效的余地。 机组运行的可靠性机组运行至今已26年，期间没有进行过技术改造，已经到了报废年限。水轮机协联差、故障率高、漏水严重，转轮经过多年的运行，存在空化
3、现象，影响了水轮机效率和机组的稳定运行。发电机为B级绝缘，绝缘等级低，且呈逐年下降的趋势，定子、转子铁芯温度高，机组震动大，损耗较大。调速器性能电站3台调速器为天津水电控制设备厂生产的YT-600型机械液压型调速器。经多年运行不论是机械液压部分还是控制部分均存在很多问题，性能指标已达不到调速器基本技术条件要求。综上所述，由于机组设备陈旧老化、性能下降、故障频发，严重影响了电站的安全运行；转轮的空化、汽蚀、低效率和水能的不充分利用造成了电站电量效益的损失，目前三台机组最大出力只有5600kW，电站的增效扩容改造势在必行。6.1.3 机电设备改造的可行性从经济的角度上来讲，电站改造尽量保留原有水工
4、建筑物，水轮机需改造的相关部件以及其它机电设备的改造工作在枯水期完成，建设周期短，建设投资相对较少。同时，使电厂在施工建设期的发电效益的损失也降到最少，取得较好的经济效益。从技术的角度上来讲，随着设计技术与制造工艺的进步，已有大量的新型转轮被研制并用于实际工程，使用性能优越的新式转轮取代旧转轮来提高机组性能是完全可行的。电气设备的性能与自动化水平也发生了日新月异的改变，电站的电气设备的升级改造难度不大。所以，电站的增效扩容改造是一项技术上可行，难度不高，投入少产出多的效益显著的项目。6.1.4 电站的水能参数根据水文规划专业提供的计算成果并对机组进行现场调查了解，本阶段维持原机组的水位及额定水
5、头不变，改造前后电站的水能参数如下：表6-1 工程特性表项 目名 称单位原始参数现设计值前池水位最大水位（m）464.5464.5正常水位（m）464.1464.1最低水位（m）460.4460.4下游水位喷嘴中心高程（m）235.5235.5水 能最大水头（m）226225.7加权平均水头（m）218217.6设计水头（m）217216.55最小水头（m）213212.5装机容量（kW）3200032200多年平均发电量（万kWh）22382866年利用小时数（h）373043426.1.5 机电设备改造的原则为减少工程量，缩短施工期时间，节省投资达到增效的目的，经与业主协商后制定了石门电站
6、增容改造的设计原则：(1) 水库水位和尾水位等都维持不变，水轮机额定水头为216.55m，机组的单机容量由2000kW增容到2200kW。(2) 水轮机基础及埋入部分保留不动，水轮机整体进行更新。(3) 电站油、水、气管路系统在满足要求的前提下，尽量予以使用。(4) 选择抗空化性能更优越的转轮，维持水轮机的安装高程不变。(5) 水轮机主轴与发电机大轴的连接位置保持不变。(6) 在设备布置合理与设备运行维护方便的前提下，尽量减少土建工程量，保证厂房结构与设备安装的可靠性。(7) 合理确定施工顺序与施工期，缩减电站在改造期的电量损失。6.1.6 机组选型及适应性分析6.1.6.1 水轮机额定水头由
7、于本次增效扩容机组装机容量变化较小，水轮机额定流量变化也较小，引水系统水力损失也会有少量的变化。根据水工计算成果，引水系统水力损失为12.05m，即取水轮机额定水头为216.55m。6.1.6.2 水轮机机型选择电站总装机经过增效扩容后为32200kW，由于电站运行水头范围在212.5m225.7m之间，水轮机额定水头选定为216.55m，经查阅国内水轮机组厂家资料，最适宜该电站水头段的水轮机转轮型号有CJA475、CJZH9。以下就CJA475和CJZH9机组进行比较，具体比较结果见表6-2。表6-2 机组选择综合比较表序号项 目方案一方案二1水轮机型号CJA475-W-115/211CJZ
8、H9-W-115/2112额定功率N（kW）215022003额定水头Hr(m)216.55216.554额定流量Q(m3/s)31.20431.2035转轮直径D1(m)1.151.156额定转速nr（r/min）5005007单位转速 n1，（r/min）39.0339.038单位流量Q1(L/s)61.861.89额定工况点模型效率m(%)88.389.810效率修正直（）+0.1+0.511真机效率T(%)88.490.312水轮机出力3226132307.7经比较分析可知，方案一、方案二均为高水头段较优秀的混流式转轮，能量指标都较好，均在高效区运行。相对而言，方案二CJZH9-W-1
9、15/211机型转轮出力及最高效率均高于方案一，同时方案二的高效区比方案一广，且运行加权平均效率优于第一方案，两方案机组的造价基本相同。综合比较后，认为方案二机组技术经济指标最优、最适合本电站采用。原水轮机组的额定效率仅为84.8%，更换新转轮后，水轮机的效率可达90.3%，经过增效扩容后，水轮机的效率增加了5.5%左右，机组的装机容量由2000kW增加到2200kW，单机额定流量由1.18m/s增加到1.203m/s，单位电量耗水量由2.124m/kWh减少到1.969m/kWh，降低比例为7%，具有一定的经济效益。方案二选用的CJZH9系列机组有实际运行电站例子、运行情况较好。本次设计推荐
10、CJZH9机型为本电站采用主机。6.1.6.3 发电机改造根据水轮机的改造方案，改造后的发电机额定出力应达到2200kW，额定转速500 r/min。改造的基本方案是：在新发电机机座与原机座进行尺寸对比后，对发电机基础底板和原机座进行局部调整，更换定、转子线圈和绝缘，加大导线截面，提高槽满率。(1) 定子拆除旧线圈，清理干净定子铁芯并进行铁耗试验，若铁芯局部温度过高或噪声过大，作相应处理。(2) 定子线圈作F级更新，采用F级双玻璃丝包铜线、F级粉云母带按F级绝缘工艺、防晕规范制作定子线圈，进行定子组装及F级绝缘处理。(3) 转子线圈作F级更新。层间用环氧玻璃胚布，按F级绝缘工艺制作磁极线圈，同
11、时采用F级材料包裹磁极极身，磁极阻抗试验。进行转子组装，并做静平衡试验。(4) 更换所有测温元件，测温电阻改用PT100。(5) 更换集电环。 (6)优化发电机电磁方案。改造后的发电机的主要技术参数应不低于表6-3水平。表6-3 发电机主要参数表序号项 目参 数1型号SFW2200-12/17302额定容量2200kW3额定电压6300V4额定电流252A5功率因数0.80(滞后)6额定效率hg95%7额定频率50Hz8额定转速500r/min9飞逸转速1100r/min10转动惯量8.5tm210绝缘等级F级6.1.6.4 机组的适应性分析由于机组更换新型高效转轮后，转轮节圆直径、喷嘴直径和
12、数量均发生变化，因此需要对原水轮机喷管、喷嘴头、喷针、轴承等进行局部调整，原水轮机机壳、埋件及进出水流道均保留不动。经过水轮机厂家对新、旧机型进行结构尺寸对比后，以上结构及部件调整简单、可行，完全可以满足机组扩容改造要求，其它设备尺寸与原有机组结构对比如下：(1) 厂内起重设备主厂房内起重设备为一台15/5t电动双梁桥式起重机，满足电站改造部件的吊装要求。(2) 调速器根据本次电站改造要求（达到“无人值班，少人值守”的管理目标），调速器采用整体更换方案。拟选用水轮机YWT型高油压微机调速器，型号为YWT-600，-调速功600kgm，更换后的调速器主要技术参数及功能应能符合国家“水轮机调速器及
13、油压装置技术条件”GB/T9652.1-1997的要求。6.1.7 安装高程由于原机组喷管、喷嘴头和喷针等只进行局部调整，高程和相对位置基本不变，且本次增效扩容改造机组流量变化较小，下游最高尾水位基本不变，原机组安装高程满足防淹没要求，因此本阶段维持原机组安装高程236.1m不变。6.1.8 辅助机械设备石门水电站增效扩容改造工程，主要是改造水轮发电机组和调速器，无需更换其它辅助机械设备。6.1.9 水力机械主要设备布置6.1.9.1 主厂房控制尺寸主厂房的结构基本能满足机组设备布置、吊装及一台机组扩大性维修要求。本次电站技改，只对厂房作装饰性装修，厂房维持原尺寸不变。6.1.9.2 机组及其附属设备和辅助机械设备布置根据本电站厂房结构及设备布置的现状，在满足功能需要前提下，为减少改造的工程量、减少投资，改造后机械设备布置的情况基本与电站原布置保持一致，为适当兼顾设备布置的整齐、美观，只对少量设备的安装位置作适当的调整。6.2 电气一次6.2.1 接入电力系统石门水电站于1984年开始兴建，1986年11月第一台机组投入运行。电站目前装机为3x2000kW，共6000 kW。电站1986年建成一回35KV至新丰县城110Kv变电站的上网线路，线型为LGJ-120，距离约为16km。
