株樹(shù)橋水電站增效擴(kuò)容改造探討

曾文 陳艷

摘 要：株樹(shù)橋水電站增效擴(kuò)容改造結(jié)合電站實(shí)際情況，不因機(jī)組增效擴(kuò)容改造而破壞水土建筑物及埋入部件，造成無(wú)法修復(fù)的缺陷，引起安全問(wèn)題。采取合理確定增效擴(kuò)容方案、機(jī)組選型，機(jī)電設(shè)備全面升級(jí)改造，從而達(dá)到提高水能利用效率，消除設(shè)備缺陷，降低運(yùn)行管理費(fèi)用，提高安全性的目的。

關(guān)鍵詞：株樹(shù)橋水電站；增效擴(kuò)容；改造；改造方案；機(jī)組選型

中圖分類(lèi)號(hào)： TV738文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）05（c）-0000-00

1 株樹(shù)橋水電站概況

株樹(shù)橋水電站位于瀏陽(yáng)河源頭小溪河上游，地處瀏陽(yáng)市高坪鎮(zhèn)境內(nèi)，下距市區(qū)33km，1986年破土興建，由湖南省水利水電墈測(cè)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，由能源部長(zhǎng)江葛州壩工程局施工，總投資為1.17億元。1992年，三臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電。三臺(tái)機(jī)組均系湖南省零陵水電設(shè)備總廠制造。電站為廠房壩后式，緊靠大壩下游布置，分主廠房、安裝場(chǎng)、上游副廠房及端副廠房幾個(gè)部分。電站設(shè)計(jì)水頭58m，單機(jī)引水流量16.5m3/s，裝機(jī)三臺(tái)，單機(jī)8000kW，總裝機(jī)容量2.4萬(wàn)kW，多年平均設(shè)計(jì)發(fā)電量7260kWh，水輪機(jī)型號(hào)為HL220-LJ-140，發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF8000-16/3300。

株樹(shù)橋水電站具有發(fā)電、灌溉、防洪、城市供水等多方面的綜合效用，作為梯級(jí)開(kāi)發(fā)的龍頭水庫(kù)，又對(duì)下游8級(jí)電站水能進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高出力，經(jīng)濟(jì)效益顯著。水庫(kù)調(diào)洪功能強(qiáng)，防洪效益巨大。

2 電站存在的問(wèn)題

由于株樹(shù)橋水電站是二十世紀(jì)九十年代修建的水利水電工程，受當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平和資金條件限制，機(jī)組設(shè)備本身存在缺陷。電站自投產(chǎn)以來(lái)，效率低下，發(fā)電量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。現(xiàn)電站設(shè)備已運(yùn)行已達(dá)22年以上，整體嚴(yán)重老化，主要建筑物及機(jī)電設(shè)備超期服役，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，存在較大安全隱患。

當(dāng)時(shí)設(shè)備制造技術(shù)水平所限，導(dǎo)致機(jī)組跑、冒、滲、漏現(xiàn)象嚴(yán)重，機(jī)組整體故障率高，發(fā)電能力大大下降。水輪機(jī)組設(shè)計(jì)額定效率只有88.4%，在水頭偏離設(shè)計(jì)水頭58m時(shí)，其效率更低。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)葉、軸承這些關(guān)鍵零部件變形加大，導(dǎo)葉漏水量大，漏油多，振動(dòng)擺動(dòng)大，機(jī)組性能下降嚴(yán)重。2#機(jī)組振動(dòng)擺度超標(biāo)，上導(dǎo)Y方向全幅擺度達(dá)30導(dǎo)，且只能在開(kāi)度小于80%工況下運(yùn)行，出力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。3#發(fā)電機(jī)定子因設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量等原因，溫升過(guò)高，限負(fù)荷6000kw以下運(yùn)行。機(jī)組主要性能參數(shù)與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)不匹配，水輪機(jī)處于非最優(yōu)工況區(qū)運(yùn)行，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行效率低、振動(dòng)及噪音大，機(jī)組使用壽命大大縮短。

保護(hù)系統(tǒng)采用的是分立元件的傳統(tǒng)式繼電器保護(hù)，環(huán)節(jié)多，且無(wú)可追索性能。現(xiàn)繼電器保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作不可靠，設(shè)備嚴(yán)重老化，故障機(jī)率大，動(dòng)作不可靠，維護(hù)工作量大，設(shè)備檢修難度大，已屬于淘汰產(chǎn)品，嚴(yán)重影響電站生產(chǎn)安全運(yùn)行。

3 增效擴(kuò)容改造內(nèi)容

3.1 改造條件限制：

不改變廠房水工建筑物結(jié)構(gòu)；不改變機(jī)組埋入部件；不改變水輪發(fā)電機(jī)組的類(lèi)型及轉(zhuǎn)輪中心線位置；不改變改造主機(jī)零部件與不改造零部件的連接方式與尺寸；不增加發(fā)電機(jī)推力負(fù)荷。

3.2 改造方案選擇

相同設(shè)計(jì)水頭下，機(jī)組容量越大，將提高水量利用率，有利于增加電站發(fā)電量；另一方面，容量越大，將增加引水系統(tǒng)水頭損失，降低電站平均水頭（凈水頭），不利于增加電站發(fā)電量。株樹(shù)橋水電站裝機(jī)3臺(tái)立式混流水輪發(fā)電機(jī)組，改造裝機(jī)數(shù)量不變，仍為3臺(tái)。對(duì)現(xiàn)有電站增效擴(kuò)容改造，必須綜合比較裝機(jī)容量，優(yōu)選改造的擴(kuò)容方案。

廠房下游水位～流量關(guān)系按修正曲線計(jì)算。經(jīng)復(fù)核計(jì)算，運(yùn)行最高水頭63.5m，平均水頭55.27m，最小水頭38m。原設(shè)計(jì)水頭58m，偏高，降低至平均水頭的95%左右，取52.0m。

初選二個(gè)改造裝機(jī)容量，其容量分別為3x8000kW、3x8800kW，即不擴(kuò)容與增容10%。二個(gè)改造方案綜合比較見(jiàn)表1

由于水庫(kù)為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，具有較好的調(diào)節(jié)能力。原裝機(jī)組發(fā)電量采用2005-2009年共5年的平均發(fā)電量，機(jī)組綜合平均效率用該五年的水文資料和發(fā)電量反推計(jì)算而得。

原裝機(jī)組實(shí)際發(fā)電量偏低的原因，一是電站水輪發(fā)電機(jī)組能量轉(zhuǎn)換效率下降了，低于了設(shè)計(jì)水能利用效率；二是機(jī)組停機(jī)后漏水嚴(yán)重，水資源浪費(fèi)多；三是3#機(jī)組發(fā)電機(jī)溫升高，只能帶6000KW，出力受阻嚴(yán)重。

綜上所述，方案一和擴(kuò)容方案二，水輪機(jī)設(shè)計(jì)工況單位流量分別為1.25m3/s、1.375m3/s，小于我國(guó)現(xiàn)有同類(lèi)型優(yōu)良的水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪限制工況單位流量，相對(duì)來(lái)說(shuō)是可實(shí)現(xiàn)的增效擴(kuò)容改造方案。在水庫(kù)日均城市供水52萬(wàn)m3（供水規(guī)模65萬(wàn)m3）的情況下，裝機(jī)方案一與原裝機(jī)相比，年均發(fā)電量增加1279.86萬(wàn)kWh，增加的電量較高。裝機(jī)方案二和裝機(jī)方案一相比，容量增加1.2MW，年均發(fā)電量均因機(jī)組過(guò)流量增加而加大了水頭損失，其年均發(fā)電量反而因擴(kuò)容而減少。推薦裝機(jī)方案一，即不擴(kuò)容，仍裝機(jī)24MW，設(shè)計(jì)水頭從58m降至52m。

3.3 機(jī)型的確定

水輪機(jī)增效擴(kuò)容改造路線是通過(guò)選擇模型流道與改造機(jī)組流道相似，性能優(yōu)良可靠的轉(zhuǎn)輪模型，更換轉(zhuǎn)輪，盡可能保留機(jī)組其他可用部件，這樣的改造路線。

發(fā)電機(jī)改造路線，保留發(fā)電機(jī)定子機(jī)架，改造鐵芯、線圈附件；對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極、磁軛、轉(zhuǎn)子支架、軸承及相關(guān)附件等改造，使之達(dá)到機(jī)組增效擴(kuò)容規(guī)定的轉(zhuǎn)速與容量，并符合機(jī)組增效擴(kuò)容的其他要求。

通過(guò)生產(chǎn)廠家現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量電站廠房和原有機(jī)組基礎(chǔ)尺寸，進(jìn)行嚴(yán)格的選型比較，結(jié)合電站設(shè)計(jì)參數(shù)，以及確定的裝機(jī)規(guī)模和臺(tái)數(shù)，最終確定水輪發(fā)電機(jī)組為HLJF2532A-LJ-140型水輪機(jī)配套SF8000-16/3300型發(fā)電機(jī)。選擇微機(jī)可控硅勵(lì)磁勵(lì)磁方式和YWT-5000-16型調(diào)速器。

4 結(jié)論

通過(guò)株樹(shù)橋水電站增效擴(kuò)容改造實(shí)施，機(jī)組運(yùn)行工況得到改善，水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)效率大大提高，并恢復(fù)機(jī)組及其他機(jī)電設(shè)備性能，提高機(jī)電設(shè)備可靠性，從而延長(zhǎng)電站使用壽命。自動(dòng)化程度大大提升，基本實(shí)現(xiàn)了微機(jī)綜合自動(dòng)化，運(yùn)行可靠性得到提高，降低了運(yùn)行費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了減員增效。在株樹(shù)橋水庫(kù)日均向長(zhǎng)沙供水52萬(wàn)m3情況下，通過(guò)增效擴(kuò)容改造，株樹(shù)橋水電站年均發(fā)電量從2875.6萬(wàn)kWh增加至4155.46萬(wàn)kWh，年均電量增加1279.86萬(wàn)kWh，年均電量增幅25.3%，達(dá)到了增效擴(kuò)容改造的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/T 50700-2011，小型水電站技術(shù)改造規(guī)范[S]

[2] 李秋生. 株樹(shù)橋水電站增效擴(kuò)容改造工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告. 湖南中天水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司.