峽山水電站機組改造方案比選

譚林照，岳永起 ，郭紹春

（1.濰坊市峽山水庫管理局，山東 濰坊 261325；2.山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250013）

峽山水電站位于峽山水庫主壩北首，水能開發形式屬梯極開發。一級水電站為河床式，1960年12月建成，安裝2臺650 kW和1臺500 kW水輪發電機組；二級水電站為明渠引水式，1970年12月建成，安裝4臺200 kW和1臺75 kW水輪發電機組，1994年增建1臺650 kW水輪發電機組。兩電站總裝機容量3 325 kW，設計年發電量750萬kW·h，年平均發電量450.5萬kW·h。2008年最高發電量達1 084萬kW·h。工程投產運行至今，實現發電量1.9億kW·h，為促進當地庫區發展，發揮了較好的經濟效益和社會效益。

1 水電站存在的問題

峽山水電站建于上世紀60、70年代，發電機效率低，絕緣等級低，老化嚴重。水輪機性能落后，經多年運行，水輪機轉輪空蝕、銹蝕嚴重，雖幾經修補處理，空蝕情況難以消除，導致整個機組效率低、振動大、出力少，效益得不到有效發揮。且設備已超過報廢年限，生產運行存在較大安全隱患。變壓器型號為SJL鋁芯油浸自冷式，損耗高；3.15 kV高壓配電裝置為GG-1A型高壓柜，無防護措施，柜內使用SN10-630少油斷路器，多數電氣一、二次設備已列為國家公布的淘汰產品目錄，經多年運行，故障頻發，維修零部件無處購置。

2 原水電站機組裝機情況

一級水電站設計流量42 m3/s，設計水頭6.5 m，最高水頭8.9 m。原裝機3臺ZD510-LH-180型水輪機，配套2臺650 kW和1臺500 kW的TS284/19-32型同步發電機，額定轉速187.5 r/min，額定電壓3 150 V，自并激勵磁方式，調速器采用XT—1 000。

二級水電站設計流量42 m3/s，設計水頭4.5 m，最高水頭5.0 m，最低水頭2.0 m。原裝機4臺ZD760-LM-120型水輪機，配套4臺200 kW的TS173/17-24型同步發電機，額定轉速250 r/min，額定電壓400 V，自并激（它勵）勵磁方式，電動渦輪蝸桿調速器。為與一級水電站流量匹配，后續另裝75 kW和650 kW水輪發電機組各1臺。

3 改造方案

3.1 一級水電站機組改造

3.1.1 方案一：更換水輪機

將原有3臺水輪機更換為ZDJP502－LH－180型新水輪機，葉片采用0Cr13Ni4Mo不銹鋼材質，轉輪直徑1 800 mm；原發電機更換為SF750-32/2840型發電機，發電機額定容量750 kW；勵磁方式改為可控硅勵磁；調速器改為YWT-1 000-G型組合式微機調速器，全部采用PLC控制，實現自動調節和控制，具有安全保護功能，其高壓油系統能同時滿足停機剎車要求。改造后電站裝機3×750 kW，發電流量41.73 m3/s。機電設備投資342萬元。優缺點是：整機更換，機組容量擴大，機組效率高，性能好；投資大。

葉輪直徑同原機組，機組外殼部位土建作相應改動。

3.1.2 方案二：更新機組轉輪

將原水輪機轉輪更換為ZDJP502－LH－180型水輪機轉輪，葉片采用0Cr13Ni4Mo不銹鋼材質；按SF750-32/2840型發電機更換原發電機定子和轉子線圈，發電機額定容量750 kW；勵磁方式改為可控硅勵磁；調速器改為YWT-1000-G型組合式微機調速器調。電站裝機3×750 kW，總發電流量41.73 m3/s。機電設備投資117萬元。優缺點是：主要部件更換，機組容量擴大；效率和性能相對差一點；投資較省。機組外殼等不動，土建不改動。

3.1.3 方案比選

從兩個方案分析比較可知，方案二亦能達到增效擴容目的，雖然機組效率和性能相比方案一差一點，但機電設備投資節省225萬元，根據電站目前實際情況，為節省投資，經綜合比較，選用方案二更換水輪機葉輪和發電機定子、轉子線圈方案。

3.2 二級水電站機組改造

3.2.1 方案一：更換水輪機

將原有4臺ZD760-LM-120型水輪機更換為ZDT03－LM－120型水輪機，葉片采用0Cr13Ni4Mo不銹鋼材質；原200 kW發電機更換為SF250-24型發電機，發電機額定容量250 kW；勵磁方式改為可控硅勵磁；調速器改為YWT-600-G型微機控制調速器。原1臺ZD760-LM-80型水輪機更換為ZDT03-LM-80型水輪機，原75kW發電機更換為SF100-8型發電機，額定容量100 kW。機電設備投資169萬元。優缺點是：整機更換，機組容量擴大，機組效率高、性能好；投資較大。明流式水輪機更換方便，葉輪直徑同原機組，土建改動少。

3.2.2 方案二：更換水輪機葉輪

將原有4臺水輪機葉輪更換為ZDT03－LM－120型水輪機葉輪，葉片采用0Cr13Ni4Mo不銹鋼材質；用SF250-24型發電機更換原發電機定子和轉子線圈，發電機額定容量250 kW；勵磁方式改為可控硅勵磁；調速器改為YWT-600-G。將原ZD760-LM-80型水輪機轉輪更換為ZDT03-LM-80型水輪機轉輪，用SF100-8型發電機更換原發電機定子和轉子線圈，額定容量100 kW。機電設備投資99萬元。優缺點是：主要部件更換，機組容量擴大；原設備質量差，改造困難，機組性能差；投資較省。葉輪直徑同原機組，水輪機葉輪更換方便，土建不動。

3.2.3 方案比選

從兩方案分析比較可知，方案二雖也能達到增效擴容目的，但因原設備制造質量差，已達報廢程度，改造困難，改造后效果差；方案一僅比方案二投資多70萬元，但整機更換后，不但達到擴容目的，而且機組效率高、性能好，使用壽命長，本站為明流機組，更換新機組極為方便。綜合比較，選用方案一整機更換方案。

4 實踐及效果

2005年3～6月，對一級水電站2#機組進行了增效擴容改造試驗，具體試驗方案為：

4.1 水輪機更新改造

選用ZDJP502-LH-180型水輪機轉輪，采用不銹鋼材料，設計水頭6.5 m，設計流量13.91 m3/s時，水輪機出力達807 kW。為配合轉輪的更新，主軸法蘭作了同鏜加工。

4.2 發電機更新改造

按SF750-32/2840型發電機標準，更換了原發電機的定子和轉子線圈，將轉子勵磁線圈匝數由原來的29.5匝改為32.5匝，發電機絕緣等級改為F級，解決了老化、發熱等不安全隱患。

4.3 勵磁系統更新改造

將原來的自并激勵磁方式改為JL-12可控硅勵磁方式。

4.4 改造效果

對改造后的2#水輪發電機組進行了各種工況的運行試驗，在不增加機組流量的前提下，發電機出力由原來的650 kW提高到了750 kW,機組的各部溫升、振動均滿足要求，對水輪機進行檢查，沒發現空蝕和裂紋現象，改造后機組效率提高明顯，該機組當年增加發電量67萬kW·h。

5 結語

峽山水電站機組改造后，總裝機容量將由原來的3 325 kW增加至4 000 kW，裝機容量增加20.3%；機組效率由原來的64%左右增加到83%左右，平均年增發電量160萬kW·h，增幅22.3%。水電站改造后社會效益和經濟效益將十分顯著。