淺析里畈水庫一級電站增效擴容改造工程的優化設計

何正華

摘 要：在本文中，筆者根據里畈水庫一級電站實際情況，系統分析了該電站增效擴容改造工程的優化設計。從該工程的概況入手，分析了水電站運行的現狀及其中存在的問題，針對問題和現狀，提出了較為系統的增效擴容改造方案。

關鍵詞：增效擴容；改造工程；優化設計

為了最大程度上利用里畈水庫一級電站原有的水工建筑物，就必須選擇最為合適的機型，并結合電站的實際情況來確定增效擴容改造工程的優化設計，而里畈水庫一級水電站增效擴容的改造工程的關鍵就是確保發電機組的穩定運行。

1 工程概況

2 工程運行現狀及主要存在問題

里畈水庫一級電站運行至今已三十余年，電站各部位均存在一定安全隱患，現將電站運行情況分訴如下：

2.1 進水閘門

在大壩182.03高程處設有WL20/45螺桿式檢修閘門，通過連桿在大壩壩頂218.03m處啟閉室內操作，大壩加高后，啟閉室封閉在上廊道內，關閉后雖然有滲漏，但通過平時的維護運行情況一直安全可靠。

2.2 引水涵洞、管道

電站發電引水涵洞和管道管徑?1.4m，壩內涵洞運行正常，不滲水；管道原是露天鋪設，進入廠房前為鋼管混凝土埋設，1996年大壩加高后，露天鋪設鋼管進行鋼筋混凝澆灌，廠房內鋼管（裸露部分約30cm）采用?16鋼筋打箍加強，目前運行正常。

2.3 蝶 閥

2007年電站三臺進水蝶閥全部由原來6kg壓力更換為10kg壓力的D941X-1的閥門，目前運行正常。碟閥坑之間滲漏水溝槽連通，1號與2號蝶閥坑之間布置集水井和一臺排水泵，當2號機尾水位低于集水井水位時，集水井水自行排出，尾水位高于集水井時，由水泵排水，排水正常。

2.4 水輪發電機組

水輪機型號為LH240-WJ-50，由金華水輪機廠生產，通過三十多年運行，導水機構銹蝕嚴重，操作不靈、滲水量大，工作機構汽蝕嚴重，效率低；發電機型號是SFW-320-8，由臨海電機廠生產，相復勵勵磁，由于運行多年，經常發生勵磁線圈、定子繞組短路，發生電氣故障，造成運行不正常。

2.5 二次部分

原設計繼電保護簡單單一，保護少，并網操作用手工，運行安全性底。

2.6 廠 房

電站主廠房長22.9m，層高兩層7.5m，布置三套HL240-WJ-50發電機組，水輪機安裝高程180.03m；廠房基礎建在基巖上，地質條件良好；地上部分為鋼筋混凝土磚木結構，結構穩固，屋面瓦片需要翻新；控制室屋面需要平改坡加蓋瓦片防滲漏、高配室1998年重建正常。

2.7 變壓器

變壓器為S7型，容量1250kVA，銅鐵損大，屬于淘汰產品，需要更新。

2.8 進站道路

原為電站門口橋梁與大壩左岸連通，1996年橋梁被泄洪洪水沖毀，無法恢復，需繞道通行，大件設備無法進出，2009年沿電站下游防洪堤修建3m寬水泥路約200m，尚有約200m路因征用土地未果而擱置。暫無公路到達。

根據上述，本電站存在的主要問題為電氣設備及機組老化嚴重，效率低，能耗大；嚴重地影響了生產安全。為了確保國有資產保值增值，消除該水電站安全隱患，同時考慮提高清潔能源的使用率，充分利用水力資源，挖掘發電潛力，增加經濟效益，有必要對該水電站及時進行技術改造。

3 電里畈水庫一級站增效擴容改造工程的優化設計

3.1 增容方案的選擇

本次增效擴容改造工程，根據業主的意見和電站最近幾年的實際運行情況，筆者擬定了3個優化方案，分別是1200kW、1890kW、2400kW方案中，選1890kW方案。從增效擴容的投資和收益方面分析，裝機容量應該從18790kW增加到1890kW。綜合各方面的方案，應選擇最優的第2方案。

從水工建筑物和機組增容的實際情況看，裝機容量如果增加到3000kW的時候，則機組的額定電流就會比原機組增加超過40A，這個時候引水系統水工建筑物以及機組的效率都不在合理的范圍之內，因此，此方案不能列入本次方案進行相關的比較。裝機容量在1200kW到2400kW之間均在合理的范圍內，額定電流也在合理的范圍內。綜合裝機利用的小時數、單位千瓦的投資額度和發電量，以及水工建筑物機組的綜合運行情況等相關指標，并且考慮到業主的意見，最后選擇的是1890kW的裝機容量。

3.2 水輪機優化設計方案

根據里畈水庫一級電站的一基本情況，筆者選擇采用HLA866a型轉輪來替換機組原來的轉輪，但是原水輪機通流部位的部件保持不變，這樣就可以達到以最為經濟的手段進行水輪機優化的目標。

通過表1中的參數對比，我們可以清楚地看到，改造之后的轉輪的效率要明顯高于改造之前的轉輪的效率。水輪機經過優化設計后，額定工時的最大運行效率達到了95.61%，要遠遠高于本次改造水輪機額定工況點效率大于等于92%的預期目標。

3.3 發電機設備的優化改造方案

當前的發電機組的設備已經嚴重老化，主要集中在發電機定和轉子繞組絕緣這兩部分部件上，此外也有絕緣耐熱等級比較低，發電機設備運行的綜合效率比較差等因素。為了有效提高發電機的整體發電性能和有效達成相關效率指標，減少能源的消耗，在保持原發電機尺寸結構不變的情況下，計劃將發電機的轉子和發電機定全部更換為F級別的絕緣。發電機設備經過優化，發電機定和轉子繞組以及絕緣，增大了導線截面的面積，提高了相應的槽滿率，增加了發電機的額定容量。與此同時，對發電機的測溫元件、信號元件等也進行了更新換代。

3.4 技術改造優化方案

發電機冷卻設備的優化設計：

關于冷卻方式的選擇，該電站舊有的發電機是B級絕緣，自然風的冷卻方式效果已經無法滿足發電站正常的發電需要，因此，需要對舊有的發電機冷卻方式進行優化。這無疑會加快線圈絕緣的老化，且在發電機組停機過程當中，其線圈很容易受潮，因此就會嚴重影響發電機組的安全性和可靠性，給發電機組的正常運行埋下隱患。針對上述存在的問題，本次優化設計，是將原來的敞開式的自然通風冷卻方式優化成為封閉式的空氣冷卻器冷卻方式，此外，還安裝輔助的加熱器設備。

關于空氣冷卻器的設計。原來的發電機組機坑通道的寬度僅僅有700mm，空間非常有限，因此不利于冷卻系統的布置。為了有效保證發電機組通道有足夠的布置空間，方便發電機及其設備的檢查和維護，擬將定子外壁懸掛的空冷器出做成四方形。同時，將冷卻器的無縫管與合金的金屬疊片相結合，以此來增加散熱的面積，有效提高冷卻器制冷的效果?？绽淦鞯暮穸葍H有170cm，而發電機組通道的最窄處有450cm，這就達到了最大程度上節省空間的目的。而發電機組實際運行的結果也表明，發電機組在3.4MW額定負荷運行的情況下，定子的實際最高溫度只有84.4度，遠低于F級絕緣所允許的最高的140度的設計溫度。

4 結 語

在不改變水工建筑物的前提下，對原有的電站進行增效擴容的優化改造，根據電站的實際情況，選擇最適合水輪機型號是增效擴容優化設計的關鍵所在。在本文中，筆者根據里畈水庫一級電站的一基本情況，經過系統研究，確定了擴容的方案，對發電機及其設備進行了系統改造。經過本次改造，電站的穩定性和安全性增強。

參考文獻

[1]吳慶波，高磊，孫曉平等.西溝水電站增效擴容改造技術的研究[J].黑龍江水利科技，2013（3）.

[2]劉承.龍頭山水電站增效擴容改造探討[J].中國水能及電氣化，20013（12）.

[3]陳錫芳.水輪發電機改造增容與優化運行[M].中國水利水電出版社，2010.