南水北調(diào)洪澤站反轉(zhuǎn)發(fā)電運(yùn)行管理思考

楊紅輝

【摘要】南水北調(diào)洪澤站主機(jī)組反轉(zhuǎn)發(fā)電項(xiàng)目，是在不影響南水北調(diào)調(diào)水功能的前提下，利用洪澤湖棄水資源進(jìn)行水力發(fā)電的項(xiàng)目，符合國(guó)家節(jié)能政策，既節(jié)約投資又能發(fā)揮泵站工程綜合效益。

【關(guān)鍵詞】南水北調(diào)；反轉(zhuǎn)發(fā)電；運(yùn)行管理

1、工程概況

洪澤站是南水北調(diào)東線第三梯級(jí)泵站之一，其主要任務(wù)是通過與下級(jí)金湖站聯(lián)合運(yùn)行，由金寶航道、入江水道三河段向洪澤湖調(diào)水150m3/s，并結(jié)合寶應(yīng)湖、白馬湖地區(qū)排澇。泵站安裝立式全調(diào)節(jié)混流泵5臺(tái)套，設(shè)計(jì)揚(yáng)程6m，單泵設(shè)計(jì)流量37.5m3/s，轉(zhuǎn)速125r/min，采用真空破壞閥斷流，配套同步電機(jī)功率3550kW、電壓10kV。另裝有1000kW定漿水輪發(fā)電機(jī)組。變電所電源從洪澤縣朱壩變電所引接，由一條110kV架空線接入，主變?nèi)萘?5MVA。

按照國(guó)家發(fā)展清潔能源的政策，為發(fā)揮洪澤站工程綜合效益，經(jīng)江蘇水源公司同意，資源開發(fā)中心組織開展洪澤站主機(jī)組反轉(zhuǎn)發(fā)電開發(fā)項(xiàng)目。本項(xiàng)目是在泵站原抽水功能的基礎(chǔ)上增加發(fā)電功能，在保證洪澤湖防洪安全的情況下，在不影響泵站調(diào)水高效、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的前提下，通過對(duì)發(fā)電接入電力系統(tǒng)和站內(nèi)部分機(jī)電設(shè)備的改造完善，利用棄水使洪澤站5臺(tái)主機(jī)組反轉(zhuǎn)運(yùn)行發(fā)電。在發(fā)電運(yùn)行工況下，單機(jī)流量約30m3/s，電機(jī)功率400～1000kW，額定電壓10kV，額定轉(zhuǎn)速125r/min。

2、設(shè)計(jì)制造情況

2.1水工建筑物設(shè)計(jì)

根據(jù)泵站翼墻安裝小水能發(fā)電機(jī)組的需要，在設(shè)計(jì)階段，對(duì)洪澤站泵站站身及上下游河道等水工建筑物進(jìn)行考慮，特征水位按照站上最高水位14.50m、下游水位7.50m設(shè)計(jì)，并實(shí)施。

2.2水泵設(shè)計(jì)制造

經(jīng)過水泵裝置模型試驗(yàn)驗(yàn)證，主水泵具備正向抽水、反向發(fā)電功能。主水泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮了長(zhǎng)期反向發(fā)電的運(yùn)行工況，葉輪、主軸、導(dǎo)軸承、主軸密封、受油器等與轉(zhuǎn)向有關(guān)的部件的結(jié)構(gòu)及機(jī)械性能均兼顧了兩種運(yùn)行工況。反向發(fā)電運(yùn)行時(shí)，可通過調(diào)節(jié)葉片角度來實(shí)現(xiàn)調(diào)流和保證水泵運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2.3電機(jī)設(shè)計(jì)制造

因同步電機(jī)具備正向抽水、反向發(fā)電功能，電機(jī)在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造時(shí)是按長(zhǎng)期工作在順時(shí)針和逆時(shí)針兩種運(yùn)行方式進(jìn)行的。電機(jī)的結(jié)構(gòu)、主要部件與材料、緊固件、通風(fēng)散熱、推力軸承、導(dǎo)軸承以及電氣和機(jī)械性能等指標(biāo)均兼顧了兩種運(yùn)行工況，以保證在電動(dòng)和發(fā)電狀態(tài)下能獲得最大效率，電機(jī)能平穩(wěn)運(yùn)行。

3、發(fā)電運(yùn)行及分析

3.1運(yùn)行情況

2016年8月23日～8月24日，洪澤站進(jìn)行了主機(jī)組反轉(zhuǎn)發(fā)電試運(yùn)行，5臺(tái)機(jī)組聯(lián)合試運(yùn)行1小時(shí)16分鐘，累計(jì)發(fā)電10小時(shí)9分鐘。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在4.4～4.6m水頭下，-6～-5°葉片角度下，平均發(fā)電功率在525～680kW。

2016年10月31日～11月1日，洪澤站正式投入主機(jī)組反轉(zhuǎn)發(fā)電運(yùn)行，水頭在5.5m下，發(fā)電功率最大至955kW。2016年11月9日～12月16日，洪澤站投入主機(jī)組反轉(zhuǎn)發(fā)電運(yùn)行，水頭4.7m時(shí)，泵站上游測(cè)得流量為173m?/s。經(jīng)初步計(jì)算，主機(jī)組發(fā)電效率約為48.5～49.9%。

至2016年底，洪澤站主機(jī)組反轉(zhuǎn)發(fā)電累計(jì)運(yùn)行43天，總發(fā)電量350萬度。

3.2運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

3.2.1電機(jī)定子溫度隨發(fā)電功率變化趨勢(shì)及分析

因水頭變化很小，發(fā)電功率及定子溫度變化均很小，趨勢(shì)不明顯。

3.2.2電機(jī)軸承溫度變化趨勢(shì)及分析

因冷水機(jī)組設(shè)定溫度不變，穩(wěn)定運(yùn)行后，電機(jī)軸承溫度基本不變。

3.2.3電機(jī)振動(dòng)變化趨勢(shì)及分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，葉片角度在-5°～-6°時(shí)，振動(dòng)最小，葉片角度變大或變小，振動(dòng)均相應(yīng)增大。

3.2.4水泵擺度隨發(fā)電功率變化趨勢(shì)及分析

洪澤站未進(jìn)行擺度測(cè)試，但根據(jù)運(yùn)行觀察，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，擺度未見擺度異常。

3.2.5水泵噪聲隨發(fā)電功率變化趨勢(shì)及分析

因發(fā)電功率變化很小，噪聲變化趨勢(shì)不明顯。

3.2.6水泵發(fā)電功率和水頭關(guān)系分析

在葉片角度為-6°，水頭4.5～5.5m時(shí)，機(jī)組功率為588～1014kW，水頭增加，相應(yīng)的功率也增加。

3.2.7發(fā)電運(yùn)行時(shí)功率（電流）實(shí)時(shí)變化分析

發(fā)電功率主要受水頭、葉片角度及真空度影響，在葉片角度不變情況下，水頭變大，發(fā)電功率增大；真空度變小，發(fā)電功率減小。

3.3現(xiàn)場(chǎng)檢查及測(cè)試

3.3.1機(jī)組機(jī)械部分檢查情況（機(jī)械松動(dòng)、管道漏油、基礎(chǔ)螺栓等）

發(fā)電運(yùn)行過程中，機(jī)械無松動(dòng)，基礎(chǔ)螺栓緊固，5臺(tái)機(jī)組受油器存在甩油現(xiàn)象，已分別進(jìn)行了處理。

3.3.2電機(jī)、水泵振動(dòng)測(cè)試及結(jié)果分析

經(jīng)測(cè)量，發(fā)電運(yùn)行時(shí)，振動(dòng)與噪音均在允許范圍內(nèi)。

3.4效益分析

至2016年底，洪澤站主機(jī)組反轉(zhuǎn)發(fā)電累計(jì)運(yùn)行43天，總發(fā)電量350萬度，發(fā)電收益約126萬元。考慮收益分成，以及折舊、大修維修、稅金等，不考慮運(yùn)行管理費(fèi)用，經(jīng)測(cè)算，年度發(fā)電支出約41.74萬元。實(shí)現(xiàn)當(dāng)年投資、當(dāng)年建成、當(dāng)年發(fā)揮效益、基本收回成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4、運(yùn)行中存在的問題

在發(fā)電運(yùn)行過程中，洪澤站加強(qiáng)人員調(diào)配，值班人員嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)規(guī)章制度，確保機(jī)組安全運(yùn)行。運(yùn)行過程中設(shè)備設(shè)施運(yùn)行良好，但是也存在一些問題，主要有：

4.1 5臺(tái)機(jī)組受油器甩油，經(jīng)檢查，原因?yàn)槭苡推飨旅芊馊匣跋旅芊馓追ㄌm焊縫存在缺陷，現(xiàn)已進(jìn)行了處理。

4.2 3#、5#真空破壞閥漏氣，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在相同水頭及葉片角度下，平均功率比密封完好情況低5%～10%。

4.3 檢修層滲水明顯，已進(jìn)行了初步處理。

4.4 主電機(jī)繼電保護(hù)裝置缺少過周保護(hù)，運(yùn)行時(shí)存在安全隱患，現(xiàn)已增加并校驗(yàn)。

4.5 對(duì)照泵站抽水試運(yùn)行記錄（機(jī)組噪音92.3～92.9dB，機(jī)組垂直、水平方向最大振幅分別為0.016mm、0.012mm），發(fā)電運(yùn)行時(shí)振動(dòng)比抽水運(yùn)行時(shí)略偏大，噪音比抽水運(yùn)行時(shí)略偏小。

4.6 發(fā)電運(yùn)行時(shí)通常情況洪澤湖水位較高，此時(shí)三河閘泄洪概率較大，如三河閘泄洪超過2000m?/s，洪澤站下游將超過9.5m，需停止發(fā)電做好防汛準(zhǔn)備。這個(gè)過程中洪澤站無法控制站下水位，且站下水位變化較大，給發(fā)電運(yùn)行管理造成了困難及隱患。

5、結(jié)論

依據(jù)泵站技術(shù)管理規(guī)程（GB/T30948-2014）以及南水北調(diào)運(yùn)行管理規(guī)定，洪澤站機(jī)組在發(fā)電工況下，運(yùn)行基本正常，機(jī)械設(shè)備狀態(tài)良好，機(jī)組振動(dòng)小于規(guī)程規(guī)定值。建議工程管理單位在今后主機(jī)組發(fā)電時(shí)，繼續(xù)加強(qiáng)運(yùn)行管理，總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及發(fā)電水位組合，確保主機(jī)組發(fā)電運(yùn)行安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]王鈞，程建華，葉新霞，陳懿.南水北調(diào)東線一期工程洪澤站結(jié)合水能開發(fā)利用方案研究.《中國(guó)水能及電氣化》， 2009（9）：33-36.

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