青溪水電站#2機組超出力發(fā)電可行性分析

劉遠雄

(廣東粵電青溪發(fā)電有限責(zé)任公司,廣東大埔 514200)

1 機組概況

青溪水電站位于閩、粵、贛三省交界處的廣東省大埔縣青溪鎮(zhèn)境內(nèi),與福建省永定縣毗鄰,橫跨在韓江流域的汀江河道上,為汀江干流梯級電站的第2級。壩址以上集雨面積9157km2,多年平均徑流量為87.4億m3。青溪水電站為低水頭河床式徑流電站,裝有4臺武漢汽輪機廠制造的軸流式水輪發(fā)電機組,單機容量為36MW,電站設(shè)計單級運行年均發(fā)電量為3.73億kW·h,梯級運行年均發(fā)電量為4.33億kW·h。水庫為日調(diào)節(jié)水庫,正常蓄水位為73.0m,相應(yīng)正常庫容為5941萬m3。

水輪機型號,ZZ500-LH-500;最大水頭,25 m;最小水頭,10m;設(shè)計水頭,20.5m;額定轉(zhuǎn)速,125 r/min;額定流量,209.1m3/s;額定出力,37.3MW;額定效率,88.7%;槳葉開度,-14°～+20°;吸出高度,-6.9m。

發(fā)電機型號,SF36-48/8540;額定容量,42353 kV·A;額定出力,36MW;額定功率因數(shù),0.85;效率,97.6%;額定電壓,13.8kV;飛逸轉(zhuǎn)速,247 r/min。

2 試驗?zāi)康?/h2>

青溪水電站#2機組于2007年年底完成了機組大修工作,2007年12月23日至30日,對該機組進行了一次穩(wěn)定性試驗、超出力試驗以及水輪機相對效率試驗。此次效率試驗的目的是:

(1)測試機組在超出力工況下的振動、擺度、水壓力脈動、發(fā)電機定子線圈溫度、軸瓦溫度等數(shù)據(jù)。

(2)全面了解該機組在超出力工況下的運行穩(wěn)定性。

(3)為青溪水電站提供在洪水期機組超出力運行時穩(wěn)定性的資料。

3 試驗工況要求及控制值

3.1 試驗工況要求

(1)定槳試驗。每隔5°變化1次角度,試驗槳葉角度為-14°,-10°,-5°,0°,5°,10°,15°,18°。

(2)協(xié)聯(lián)工況試驗。機組在協(xié)聯(lián)工況下,負荷由小到大臺階式調(diào)整,每調(diào)整1次待機組運行穩(wěn)定后,進行效率點采集,以求取正在使用的協(xié)聯(lián)關(guān)系。

3.2 試驗工況控制值

在試驗中,要求每個工況點的波動范圍應(yīng)滿足IEC60041—1991《測定水輪機、蓄能泵和水泵-水輪機水力性能的現(xiàn)場驗收試驗》的要求,其控制值如下:

(1)在試驗過程中,每一工況功率變化不得超過平均值的±1.5%;

(2)在試驗過程中,每一工況水頭變化不得超過平均值的±1.0%;

(3)在試驗過程中,下游水位應(yīng)保證相應(yīng)的尾水管吸出高度;

(4)蝸殼差壓、水頭、功率傳感器輸出信號若波動過大,應(yīng)采取相應(yīng)的穩(wěn)壓措施(如加裝穩(wěn)壓桶等)。

4 試驗步驟

首先,對該機組在正常運行情況下的穩(wěn)定性進行測試和分析,確認機組各部位的擺度和振動均在規(guī)程合格范圍內(nèi);同時,確認在試驗水頭導(dǎo)葉和槳葉開度均有足夠裕量的情況下進行超出力試驗。

(1)機組帶36MW額定有功負荷穩(wěn)定運行5 min,記錄機組各部位振動、擺度、水壓脈動的波形,一切正常即可進行下一步試驗。

(2)機組超出力試驗。機組帶有功功率36,37,38,39,40MW;發(fā)電機功率因數(shù)保持在0.94±0.01(定子電流基本保持原額定值),每一工況穩(wěn)定30 min;記錄機組各部位振動、擺度、水壓脈動的波形;記錄機組有功功率、無功功率、功率因數(shù)、接力器行程、槳葉角度(行程)、定子電流、定子電壓、轉(zhuǎn)子電流及上/下游水位等運行參數(shù);測量、記錄軸承溫度和定子線圈溫度等應(yīng)在規(guī)程要求范圍內(nèi)。

(3)機組保持40MW負荷連續(xù)運行直至軸承溫度和定子線圈溫度穩(wěn)定為止。

5 測量參數(shù)

5.1 水輪機出力

水輪機出力Pt可通過測取發(fā)電機三相有功功率Pg,計入發(fā)電機效率ηg間接求得,即Pt=Pg/ηg(Pg采用三相有功功率變送器測量)。

5.2 水輪機工作水頭

水輪機工作水頭按下式計算

5.3 流量

蝸殼流量計內(nèi)、外側(cè)2點壓差Δp與流量qV的關(guān)系為

式中:K為蝸殼流量計率定系數(shù);Δp為蝸殼流量計內(nèi)、外側(cè)2點的壓差,用差壓傳感器測量,其精度為±0.1%;n=0.5。

機組帶額定負荷及超出力下各工況參數(shù)見表1。

6 試驗及建議

6.1 試驗

此次超出力運行試驗主要是看水輪機是否有增加4MW出力的潛力,通過此次試驗得出如下結(jié)論:

(1)在毛水頭22.23m及以上,該機組可以超發(fā)4MW,有能力帶40MW負荷運行。此次現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)顯示:機組振動、擺度、水壓脈動在超負荷運行情況雖略有增加但不明顯,均運行在規(guī)程允許范圍內(nèi),各部分軸承溫度也基本無變化;線圈溫升略有增加,但變化不大。

(2)由于該機組投產(chǎn)以來實際運行的功率因數(shù)都在0.95左右,故此次發(fā)電機超出力試驗運行的主要參數(shù)是以發(fā)電機設(shè)計容量不變,按電站真實運行的功率因數(shù)0.95來確定,該機組的最大增容量應(yīng)為4MW。

6.2 建議

(1)該機組在安裝、投產(chǎn)初期暴露了一些設(shè)計、制造上的薄弱環(huán)節(jié),經(jīng)處理后,目前運行比較穩(wěn)定。鑒于此原因,應(yīng)了解制造廠在機組強度和結(jié)構(gòu)設(shè)計(包括發(fā)電機)方面可能存在的問題和需要引起重點監(jiān)督的部位,以確保機組安全超發(fā)和長期穩(wěn)定運行。

(2)增加出力后,原設(shè)計的導(dǎo)葉關(guān)閉時間和關(guān)閉規(guī)律也會發(fā)生相應(yīng)的改變,由于所增負荷數(shù)值不多,變化不會太大,但也應(yīng)由相關(guān)部門對超出力運行甩負荷過程中的導(dǎo)葉關(guān)閉時間及規(guī)律、轉(zhuǎn)速上升和水壓上升量以及抬機量進行復(fù)核,然后進行現(xiàn)場實測驗證。

(3)在此次試驗過程中發(fā)現(xiàn),因測量裝置的安裝位置不同,下游水位中控室與水調(diào)班的指示數(shù)值不一樣,應(yīng)校核兩者準確的差異數(shù)值,以確保試驗測量數(shù)據(jù)的準確性。

(4)試驗時發(fā)現(xiàn),當(dāng)該機組導(dǎo)葉指示開度達到82%(接力器行程達到650mm)時,如再加大導(dǎo)葉開度,出力不但不增加反而有所減少,將導(dǎo)葉開度再調(diào)回82%,出力也升回原數(shù)值。查生產(chǎn)廠家提供的轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)葉接力器行程在各種水頭的曲線可知,設(shè)計水頭為20.5m時槳葉已全開,相應(yīng)的接力器行程只有650mm,如凈水頭為21.8m,估計接力器行程約為640mm。在槳葉角度為+16°(尚未達到全開)、導(dǎo)葉開度為82%時,現(xiàn)場測得導(dǎo)葉接力器行程已經(jīng)是650mm,即實際導(dǎo)葉行程大于設(shè)計要求。這種情況應(yīng)及早告知運行人員,讓運行人員在洪水期開機時經(jīng)常巡檢觀察機組運行數(shù)據(jù)的變化。

表1 機組帶額定負荷及超出力下各工況參數(shù)

7 機組超發(fā)電的作用

在洪水期,上游棉花灘水電站4臺機組如果都帶額定出力運行,以額定工況計算,其下放流量為792m3/s,青溪水電站4臺機組在額定工況的發(fā)電流量為836.4m3/s。區(qū)間永定河的流量只要補充44.4m3/s,即能滿足4臺機組發(fā)足額定出力的要求。青溪水電站水庫庫容很小,如果棉花灘水電站的下放流量和區(qū)間永定河的徑流量超出836.4 m3/s,就會產(chǎn)生棄水,而青溪水電站每年約有1個月時間產(chǎn)生棄水。試驗證明,現(xiàn)機組不用增加機電設(shè)備投資,若按每臺機組增發(fā)1MW、4臺機組每年超發(fā)1個月計,增發(fā)電量為288萬kW·h,若按每臺機組超發(fā)4MW計,全廠超發(fā)電量可達1152萬kW·h,所以,青溪水電站在洪水期超發(fā)具有極其重要的意義

(1)青溪水電站4臺機組改造增容后,機組既增加發(fā)電量,又減少汛期棄水,增發(fā)洪水電能。

(2)青溪水電站改造增容后,在豐水期電網(wǎng)以其增加的近16MW的調(diào)峰容量,代替系統(tǒng)等容量的火電調(diào)峰,可減少火電調(diào)峰損失。

青溪水電站在#2機組增容試驗成功的基礎(chǔ)上,將著手完成后續(xù)3臺機組的增容改造試驗工作,使青溪水電站既增加發(fā)電量和調(diào)峰容量,又有顯著的經(jīng)濟和社會效益。

[1]沈祖詒.水輪機調(diào)節(jié)[M].2版.北京:水利電力出版社,1988.

[2]水電站機電設(shè)計手冊編寫組.水電站機電設(shè)計手冊[M].北京:水利電力出版社,1983.

[3]黃強.水能利用[M].北京:水利水電出版社,2004.