池潭水電廠2 號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組改造

羅 勇

（華電福新能源有限公司池潭水力發(fā)電廠，福建三明 354400）

1 機(jī)組改造的必要性

池潭水電廠2 號(hào)機(jī)組由東方電機(jī)廠設(shè)計(jì)、制造，額定容量50 MW，水輪機(jī)型號(hào)為HL220-LJ-380，發(fā)電機(jī)型號(hào)為T(mén)S920/115-44，1980 年投產(chǎn)發(fā)電，至2018 年已運(yùn)行38 年，機(jī)組運(yùn)行設(shè)計(jì)年限已到，設(shè)備日趨老化，主機(jī)方面存在以下3 個(gè)問(wèn)題：①發(fā)電機(jī)定子為B 級(jí)絕緣，絕緣材料已老化、脆化，已超設(shè)計(jì)年限；②轉(zhuǎn)輪空蝕嚴(yán)重，在轉(zhuǎn)輪葉片出水邊與轉(zhuǎn)輪上冠連接處多次出現(xiàn)貫穿性裂紋，經(jīng)多年補(bǔ)焊處理后，葉片有較大變形，線型變化大，水力損失較大，效率降低；③機(jī)組在15～30 MW 低負(fù)荷下運(yùn)行存在較寬的振動(dòng)區(qū)等，以上隱患隨時(shí)威脅著該廠的安全生產(chǎn)。因此急需對(duì)機(jī)組進(jìn)行更新改造，以確保安全生產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2 機(jī)組改造原則和范圍

2.1 改造原則

在不改變水庫(kù)特征參數(shù)、送出線路、2 號(hào)機(jī)組流道及埋設(shè)部件，水輪機(jī)吸出高度不變以及廠房行車(chē)不作改造的前提下，借助當(dāng)前水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念及制造工藝，池潭水電廠2號(hào)機(jī)組改造后裝機(jī)容量可由原50 MW 增加至53 MW。

2.2 改造范圍

水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、主軸、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、水導(dǎo)軸承、主軸密封、導(dǎo)葉接力器等非埋設(shè)部件；發(fā)電機(jī)及其附屬設(shè)備；機(jī)組自動(dòng)化元件；允許水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪改造需要配套改造的基礎(chǔ)環(huán)、尾水管里襯部分。機(jī)組改造后水輪機(jī)剖面如圖1 所示、發(fā)電機(jī)剖面如圖2 所示。

圖1 機(jī)組改造后水輪機(jī)剖面圖

圖2 機(jī)組改造后發(fā)電機(jī)剖面圖

2.3 水輪機(jī)改造主要項(xiàng)目

（1）轉(zhuǎn)輪：將原HL220-LJ-380 型，材料為ZG20SiMn 轉(zhuǎn)輪更換為HLD385B-LJ-395 型，材質(zhì)為ZG0Cr13Ni4Mo，葉片采用VOD 精煉鑄造，轉(zhuǎn)輪為整體結(jié)構(gòu)。

（2）頂蓋：采用Q235B 鋼板焊接結(jié)構(gòu)，分兩瓣，在頂蓋過(guò)流面設(shè)置有不銹鋼抗磨板，采用塞焊方式固定，頂蓋上設(shè)有不銹鋼固定止漏環(huán)，材料為0Cr18Ni9 鋼板。在頂蓋上對(duì)應(yīng)導(dǎo)葉全關(guān)位置密封處，設(shè)置有可拆換的金屬端面密封裝置。

（3）底環(huán)：由鑄鋼ZG20SiMn 的下軸座和Q235B 鋼板焊接而成，底環(huán)分兩瓣，底環(huán)過(guò)流面設(shè)有抗磨板。采用塞焊方式固定在底環(huán)上。在對(duì)應(yīng)導(dǎo)葉全關(guān)位置密合處設(shè)置有可拆換的金屬端面密封裝置。底環(huán)上設(shè)有固定止漏環(huán)，材料為0Cr18Ni9 不銹鋼板。

（4）導(dǎo)葉：為整鑄不銹鋼結(jié)構(gòu)，材料鑄鋼ZG06Cr13Ni4Mo，上、中、下軸承采用FZ 雙金屬自潤(rùn)滑材料。

（5）密封裝置：檢修密封采用實(shí)心背壓式圍帶，密封氣壓為0.4～0.87 MPa。工作密封為水力自動(dòng)恒壓式結(jié)構(gòu)。密封件材料為CESTIDUR。

（6）導(dǎo)軸承：水輪機(jī)導(dǎo)軸承為稀油潤(rùn)滑分塊瓦式導(dǎo)軸承，油冷卻系統(tǒng)為內(nèi)循環(huán)式，冷卻器布置在油箱內(nèi)部，軸承冷卻器為雙向進(jìn)水式，并能正、反向工作。軸瓦采用巴氏合金瓦，軸瓦間隙調(diào)節(jié)是靠楔塊完成，易調(diào)整并且可靠。

（7）補(bǔ)氣裝置：原尾水管短管補(bǔ)氣方式更改為主軸中心孔補(bǔ)氣。補(bǔ)氣閥采用200 彈簧式盤(pán)形閥，經(jīng)管道將空氣通過(guò)發(fā)電機(jī)上端引至主軸向轉(zhuǎn)輪中心下部出口進(jìn)行補(bǔ)氣。并將可能的漏水排至機(jī)坑外。

（8）基礎(chǔ)環(huán)及尾水管：轉(zhuǎn)輪型號(hào)變更，基礎(chǔ)環(huán)及尾水管需進(jìn)行配套改造，將原基礎(chǔ)環(huán)往尾水管方向加長(zhǎng)125 mm，并重新制作一段500 mm 長(zhǎng)的不銹剛錐管段，過(guò)渡到原錐管上。

2.4 發(fā)電機(jī)主要改造項(xiàng)目

2.4.1 總體結(jié)構(gòu)

池潭水輪發(fā)電機(jī)采用具有上導(dǎo)軸承的立軸半傘型結(jié)構(gòu)。推力軸承位于轉(zhuǎn)子下部，軸系由上端軸、轉(zhuǎn)子支架中心體、發(fā)電機(jī)主軸、水輪機(jī)主軸組成，并由發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承和水輪機(jī)水導(dǎo)軸承支撐。

2.4.2 定子

定子機(jī)座由鋼板焊接而成，分成4 瓣在機(jī)坑內(nèi)組裝成整圓，機(jī)座外新定子機(jī)座與原定子基礎(chǔ)板采用過(guò)渡板匹配。

（1）定子鐵芯采用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片50W270 沖制而成，F(xiàn) 級(jí)絕緣。鐵芯在機(jī)坑內(nèi)整圓疊裝。定子鐵芯內(nèi)通風(fēng)槽鋼采用非磁性的工字鋼1Cr18Ni9Ti。定子鐵芯上、下端壓指均采用非磁性材料，定位筋采用浮動(dòng)鴿尾結(jié)構(gòu)。

（2）鐵芯在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)坑內(nèi)整圓疊裝。定子鐵芯由足夠的拉緊螺桿拉緊，拉緊螺栓的材料采用高強(qiáng)度冷拉圓鋼35CrMo，在拉緊螺桿的上端設(shè)有蝶形彈簧，以維持對(duì)鐵芯必需的壓緊力，以保證定子鐵芯在長(zhǎng)期運(yùn)行后不會(huì)發(fā)生松動(dòng)。

（3）定子繞組為雙層條式繞組、Y 形連接，發(fā)電機(jī)定子線圈絕緣采用F 級(jí)絕緣系統(tǒng)，電磁線材料采用雙面絕緣厚度為0.2 mm的雙玻璃絲包扁銅線。線棒采用多點(diǎn)強(qiáng)迫均壓措施，并采用絕緣槽襯結(jié)構(gòu)，在線棒表面形成彈性層，使之與定子槽結(jié)合緊密，有效降低槽電位，提高線棒抗電暈?zāi)芰Γ瑫r(shí)有利于減小線棒與鐵芯間的熱阻，降低介質(zhì)損耗。

2.4.3 轉(zhuǎn)子

（1）磁極：磁極鐵心采用1.5 mm 厚的高強(qiáng)度薄鋼板沖片迭壓而成，并采用T 尾結(jié)構(gòu)與磁軛相連。磁極線圈由兩種寬度不同的半硬紫銅排焊接而成，線圈匝間墊以F 級(jí)玻璃坯布或Nomex 絕緣紙，與銅排熱壓成一體。磁極線圈接頭結(jié)構(gòu)及極間連接可靠，接觸面采用鍍銀工藝。磁極托板采用F 級(jí)高強(qiáng)度環(huán)氧玻璃坯布整體熱壓而成。

（2）磁軛：磁軛采用優(yōu)質(zhì)鋼板（DER345）沖片迭壓而成，磁軛沿軸向均勻設(shè)有3 道高度為40 mm 的通風(fēng)溝，磁軛用高強(qiáng)度螺桿冷拉圓鋼35CrMo 把合成整體，以提高磁軛的整體剛度。磁軛與支架采用熱打鍵的連接方式，通過(guò)一定的打鍵緊量確保在額定轉(zhuǎn)速下磁軛不會(huì)發(fā)生浮動(dòng)。

（3）轉(zhuǎn)子支架：轉(zhuǎn)子支架采用圓盤(pán)式轉(zhuǎn)子支架結(jié)構(gòu)，中心體和分瓣扇形支臂在工地焊成整體，支架組合縫處設(shè)有成對(duì)的定位塊、確保支架組圓時(shí)準(zhǔn)確定位。

2.4.4 推力軸承

推力軸承推力負(fù)荷為530 t，推力軸承采用單波紋彈性油箱雙層瓦支撐方式。共設(shè)有10 塊瓦，推力瓦采用彈性金屬塑料瓦。軸承潤(rùn)滑油冷卻采用內(nèi)循環(huán)冷卻方式。

2.4.5 上、下機(jī)架

發(fā)電機(jī)上、下機(jī)架均由中心體和支臂組成。為防止上導(dǎo)以及推力油槽甩油和油霧問(wèn)題，將擋油管高度增高，遠(yuǎn)離油面。在上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子上增加擋油環(huán)，阻止上導(dǎo)爬油。為防止推力油槽甩油和油霧問(wèn)題，將擋油管高度增高，遠(yuǎn)離油面。新增上導(dǎo)、推力接油槽，對(duì)仍有少量爬油進(jìn)行收集，不會(huì)污染機(jī)組，同時(shí)防止油霧從此逸出。

2.4.6 上導(dǎo)軸承

上導(dǎo)軸承為分塊瓦，采用支柱螺釘支撐。

2.4.7 上端軸、主軸

上端軸及主軸采用鍛鋼20SiMn 制成，上端軸與轉(zhuǎn)子支架中心體采用螺栓把合結(jié)構(gòu)；主軸采用分段軸結(jié)構(gòu)，與轉(zhuǎn)子中心體通過(guò)螺栓把合連接，并通過(guò)聯(lián)軸螺栓傳遞扭矩。

3 改造實(shí)施效果

池潭水電廠2 號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組2018 年9 月27 日開(kāi)始實(shí)施改造，2019 年5 月5 日順利通過(guò)72 h 試運(yùn)行，改造工期共221 d。根據(jù)福建省億力建設(shè)工程有限公司福建電力調(diào)試分公司試驗(yàn)報(bào)告和72 h 試運(yùn)行情況以及并網(wǎng)后機(jī)組運(yùn)行狀況分析：池潭水電廠2 號(hào)機(jī)組改造后，機(jī)組各軸承、定子鐵芯等處運(yùn)行溫度穩(wěn)定，未超過(guò)規(guī)定值。機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性、出力和效率以及空蝕性能均得到有效提高，符合規(guī)程和可研要求，達(dá)到預(yù)期效果。機(jī)組額定功率由改造前的50 MW 增容至53 MW，機(jī)組額定點(diǎn)效率由90%提升至92%，新機(jī)加權(quán)平均效率保證值不低于90.51%。改造后轉(zhuǎn)輪的上冠、下環(huán)、葉片均采用ZG0Cr13Ni4Mo 不銹鋼材料制造，抗空蝕性能優(yōu)于ZG20SiMn。尾水管補(bǔ)氣方式由原短管補(bǔ)氣改為大軸中心孔補(bǔ)氣，補(bǔ)氣效果更優(yōu)。2 號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組改造達(dá)到預(yù)期效果。

4 項(xiàng)目實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

4.1 項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)

（1）選擇資質(zhì)和信譽(yù)良好的設(shè)備制造商以及設(shè)備監(jiān)造是保證項(xiàng)目順利實(shí)施的重要因素。池潭水電廠2 號(hào)機(jī)組改造幾經(jīng)啟停，項(xiàng)目復(fù)工后，東方電機(jī)有限公司高度重視，能夠及時(shí)梳理，在生產(chǎn)任務(wù)繁忙情況下，優(yōu)先安排，保證供貨工期。同時(shí)嚴(yán)格項(xiàng)目質(zhì)量管理，嚴(yán)格工藝工序要求，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問(wèn)題，能及時(shí)有效調(diào)配設(shè)備、專業(yè)技術(shù)人員給予解決。設(shè)備監(jiān)造方杭州華電工程設(shè)備監(jiān)理有限公司盡心盡責(zé)，做好設(shè)備生產(chǎn)制度質(zhì)量的監(jiān)督和進(jìn)度的跟蹤工作，并且提出專業(yè)的意見(jiàn)和建議，為2 號(hào)機(jī)組改造安全順利完成打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（2）項(xiàng)目單位發(fā)揮主導(dǎo)作用、加強(qiáng)項(xiàng)目全過(guò)程的跟蹤和監(jiān)督、做好參建各方的溝通和協(xié)調(diào)，是項(xiàng)目得于順利實(shí)施的保證。2號(hào)機(jī)組改造實(shí)施以來(lái)，池潭水電廠各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、專業(yè)技術(shù)人員密切與設(shè)備制造商、設(shè)備監(jiān)造方、安裝單位等聯(lián)系，及時(shí)協(xié)調(diào)有效解決項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的各類問(wèn)題，工作總體較為順暢。

（3）機(jī)組改造是一系統(tǒng)工程，在對(duì)相關(guān)電氣設(shè)備進(jìn)行復(fù)核的基礎(chǔ)上，還要對(duì)整個(gè)引水系統(tǒng)，特別是壓力鋼管、尾水管進(jìn)行全面的檢測(cè)和復(fù)核，必要時(shí)結(jié)合進(jìn)行更換或防腐處理。

4.2 項(xiàng)目實(shí)施教訓(xùn)

（1）擴(kuò)建機(jī)組涉及審批程序多，要詳細(xì)掌握機(jī)組增效擴(kuò)容項(xiàng)目相關(guān)外部審批、審核制度和要求，事先加強(qiáng)與工信廳、電網(wǎng)調(diào)度、能監(jiān)辦、質(zhì)檢站聯(lián)系，及時(shí)做好并網(wǎng)許可、電力業(yè)務(wù)許可證辦理手續(xù)。

（2）由于改造項(xiàng)目特殊性，對(duì)施工工期要求高，水電站機(jī)組改造工作一般安裝在枯水期進(jìn)行，汛期完成，因此如何有效保證工期也是項(xiàng)目實(shí)施重要內(nèi)容之一，要提前謀劃，統(tǒng)籌安排。

（3）在保證設(shè)備質(zhì)量和按期供貨的前提下，要充分考慮以下3 個(gè)因素對(duì)工期的影響：①雨雪冰凍天氣給設(shè)備運(yùn)輸以及春節(jié)假期給現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)的影響，應(yīng)提前策劃；②機(jī)組定子疊片、下線地點(diǎn)盡可能安排在裝配場(chǎng)，有利于其他工序同時(shí)開(kāi)展，縮短工期；③現(xiàn)場(chǎng)裝配工序質(zhì)量的把控，特別是重要設(shè)備、重大部件，要加密加強(qiáng)質(zhì)量控制措施的落實(shí)和檢查，避免返工。

（4）對(duì)于機(jī)組改造設(shè)備采購(gòu)等類似的跨年或多年實(shí)施的項(xiàng)目，在合同條款中，應(yīng)增加約定不含稅合同總價(jià)不變等條款，避免因國(guó)家稅率變化引起合同爭(zhēng)議和糾紛。