摘要：本文分析了白溪水庫(kù)壩后電站存在的主要問(wèn)題，并就該水電站技術(shù)改造的方法、政策和保障措施提出了相應(yīng)的建議。

 

　　關(guān)鍵詞：白溪水庫(kù)；電站；設(shè)備改造

 

　　Abstract: This paper analyzes the main problems of the power station after dam in White River Reservoir, and puts forward some corresponding suggestions on the hydropower station technical transformation method, policy and safeguard measures.

 

　　Key words: White River Reservoir; power station; equipment improvement

 

　　中圖分類號(hào): TV73　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A　文章編號(hào)：2095-2104（2012）

 

　　1、電站概述

 

　　白溪水庫(kù)集雨面積37km2，總庫(kù)容2248萬(wàn)m3，興利庫(kù)容1850萬(wàn)m3，主要為下游壩后電站、散灘二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)和五級(jí)電站的發(fā)電供水，可進(jìn)行不完全年調(diào)節(jié)。

 

　　壩后電站最大水頭45.9m，設(shè)計(jì)水頭38.0m，最小水頭20.0m。機(jī)組于1980年10月投產(chǎn)，電站設(shè)計(jì)流量1.7m3/s，裝機(jī)容量500kW，機(jī)組臺(tái)數(shù)一臺(tái)。電站近3年來(lái)多年平均發(fā)電量為141.66萬(wàn)kWh。

 

　　電站主要機(jī)電設(shè)備為水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬高、低壓電氣設(shè)備。水輪機(jī)型號(hào)為HL220-WJ-50，發(fā)電機(jī)型號(hào)為TSWN99/37-6，變壓器型號(hào)為SJ1-750kVA，11/6.3kV。調(diào)速器型號(hào)為XT300，設(shè)計(jì)調(diào)速功為300kg.m，1979年3月生產(chǎn)。

 

　　低壓配電設(shè)備為：配電屏BSL-1系列2面；硅整流設(shè)備GKA200/220一面；控制屏PK-1/8004面。生產(chǎn)日期為1979年3月－1980年8月不等。

 

　　高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備為：高壓開(kāi)關(guān)柜GG1A系列2面，以及自制互感器柜2面，1979年生產(chǎn)。

 

　　電站主要輔助設(shè)備包括吊車，閥門等。吊車為單軌雙梁，設(shè)計(jì)起重量為5t。壓力管為鋼管，現(xiàn)管徑為1.1m。壓力管在廠房上游處設(shè)一個(gè)岔管，當(dāng)下游散灘河系電站需要加大流量時(shí)從岔管處放水。

 

　　2、電站存在問(wèn)題和改造必要性

 

　　設(shè)備存在問(wèn)題：白溪水庫(kù)壩后水電站1980年開(kāi)始發(fā)電，電站運(yùn)行了三十年，超過(guò)設(shè)計(jì)年限，機(jī)組嚴(yán)重磨損，漏水較大，效率很低，出力不足，現(xiàn)最大出力只有450kW，同時(shí)機(jī)組振動(dòng)較大；發(fā)電機(jī)老化，絕緣降低，線圈溫度超過(guò)允許值，事故率高；高壓開(kāi)關(guān)柜和控制保護(hù)屏運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，故障率較高。經(jīng)分析計(jì)算，電站目前運(yùn)行綜合效率系數(shù)為69.21%。

 

　　上、下游流量配合存在問(wèn)題： 白溪水庫(kù)放水供下游壩后電站和散灘二、三、四、五級(jí)電站進(jìn)行發(fā)電，散灘二級(jí)電站設(shè)計(jì)流量2.2m3/s，大于白溪水庫(kù)壩后電站的設(shè)計(jì)流量。現(xiàn)在白溪水庫(kù)的調(diào)度原則是：當(dāng)豐水期水庫(kù)水位較高時(shí)，水庫(kù)通過(guò)輔助排洪岔管加大下泄流量以避免溢洪，放水流量達(dá)到二級(jí)電站設(shè)計(jì)流量即2.2m3/s；在庫(kù)水位較低和枯水期時(shí)，以壩后電站發(fā)電機(jī)組最大過(guò)流量為限進(jìn)行放水。這樣的調(diào)度方式減少了水庫(kù)溢洪，最大限度利用了水資源，但由于上、下游電站設(shè)計(jì)流量不配套，造成兩方面的問(wèn)題：在豐水期壩后電站出現(xiàn)大量的棄水，棄水流量約0.4～0.6m3/s；在枯水期由于水庫(kù)放水流量偏小，約1.6～1.9m3/s，小于下游梯級(jí)電站的設(shè)計(jì)流量，使下游梯級(jí)電站機(jī)組運(yùn)行工況較大程度偏離了設(shè)計(jì)工況，運(yùn)行效率偏低，影響了梯級(jí)電站的經(jīng)濟(jì)效益。

 

　　由于上述問(wèn)題的存在，直接影響了電站的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)對(duì)機(jī)組及相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行更換。同時(shí)，為合理利用水資源，增加電站的經(jīng)濟(jì)效益，避免電站棄水，適當(dāng)增加白溪水庫(kù)壩后電站水電站的裝機(jī)容量，是十分必要的。

 

　　3、改造方案

 

　　為了配合下游電站發(fā)電流量，計(jì)劃將壩后電站機(jī)組容量增加到630kW，增加130kW。

 

　　3.1水輪機(jī)改造

 

　　原水輪機(jī)型號(hào)為HL220-WJ-50。根據(jù)設(shè)備現(xiàn)狀觀察，蝸殼、尾水彎管及導(dǎo)水機(jī)構(gòu)外觀除下部有部分銹蝕外，基本良好。水輪機(jī)更換過(guò)流能力、單位轉(zhuǎn)速、空化性能和效率均滿足增容要求的轉(zhuǎn)輪，同時(shí)對(duì)舊損的過(guò)流部件進(jìn)行維修翻新，即可較好的達(dá)到改造目標(biāo)。因此，不推薦整機(jī)更新的改造方式。

 

　　Φ120主軸系統(tǒng)。機(jī)組原功率500kW，采用Φ120主軸及推力軸承即可滿足強(qiáng)度，但功率提高到630～700kW時(shí)，穩(wěn)妥起見(jiàn)，主軸更新為Φ140mm為好。本此改造建議更換主軸。

 

　　調(diào)速器：調(diào)速器更換為微機(jī)調(diào)速器，型號(hào)為WT-400。

 

　　綜上所述，水輪機(jī)及其輔助設(shè)備的改造方案為：更換轉(zhuǎn)輪，維修前后蓋板及活動(dòng)導(dǎo)葉，推力軸承巴氏合金瓦改造為彈性金屬塑料瓦。更換主軸為φ140型。

 

　　水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪改造后主要技術(shù)參數(shù)計(jì)算           表1

 

　　水庫(kù)水位（m）

 

　　運(yùn)行水頭（m）3032343638404244

 

　　轉(zhuǎn)輪單位轉(zhuǎn)速（r/min）9390878583817977

 

　　機(jī)組流量（m3/s）1.982.102.102.152.22.152.051.96

 

　　轉(zhuǎn)輪單位流量（l/s）13901390139013901370131012171135

 

　　轉(zhuǎn)輪效率（%）8989898989909191

 

　　空化系數(shù)σ0.130.130.1250.1250.1250.1150.100.09

 

　　機(jī)組出力（kW）460530570610660700700700

 

　　發(fā)電機(jī)效率（%）9292929292929292

 

　　水輪機(jī)改造后參數(shù)為：

 

　　水輪機(jī)型號(hào)        JF2528-WJ-50

 

　　設(shè)計(jì)水頭：        38.0m

 

　　允許吸出高度：   ≤＋2.0 m

 

　　額定流量：        2.20m3/s

 

　　額定出力：        685kW

 

　　額定轉(zhuǎn)速：        1000r/min

 

　　飛逸轉(zhuǎn)速：        1945.4r/min（對(duì)應(yīng)于H=45m）

 

　　活動(dòng)導(dǎo)葉數(shù)：      12

 

　　導(dǎo)葉最大開(kāi)度：    ≈90mm

 

　　轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)：      15

 

　　轉(zhuǎn)輪為鑄焊結(jié)構(gòu)，上冠為ZG20SiMn、下環(huán)和葉片為ZG0Cr13Ni4Mo。

 

　　3.2發(fā)電機(jī)改造

 

　　發(fā)電機(jī)改造有三個(gè)方案，方案1：新設(shè)發(fā)電機(jī)，型號(hào)為SFW630-6/1180，額定電壓6.3kV，配套控制保護(hù)設(shè)備更換；方案2：原發(fā)電機(jī)定子線圈改造，轉(zhuǎn)子線圈翻新，配套控制保護(hù)設(shè)備更換；方案3：新設(shè)發(fā)電機(jī)，SFW630-6/1180，額定電壓0.4kV，配套控制保護(hù)設(shè)備更換。三個(gè)方案比較見(jiàn)下表：

 

　　發(fā)電機(jī)改造方案比較表                   表2

 

　　方案1方案1方案1

 

　　主要改造內(nèi)容新設(shè)630kW發(fā)電機(jī)，電壓等級(jí)6.3kV，控制保護(hù)設(shè)備更換原發(fā)電機(jī)定子線圈改造，轉(zhuǎn)子線圈翻新，配套控制保護(hù)設(shè)備更換新設(shè)630kW發(fā)電機(jī)，電壓等級(jí)0.4kV，控制保護(hù)設(shè)備更換

 

　　發(fā)電機(jī)造價(jià)（萬(wàn)元）20.56.516.4

 

　　控制保護(hù)設(shè)備造價(jià)（萬(wàn)元）高壓開(kāi)關(guān)柜三面13.0 直流屏11.6 發(fā)電機(jī)保護(hù)屏5.8 機(jī)旁屏、勵(lì)磁屏3.5 合計(jì)33.9高壓開(kāi)關(guān)柜三面13.0 直流屏11.6 發(fā)電機(jī)保護(hù)屏5.8 機(jī)旁屏、勵(lì)磁屏3.5 合計(jì)33.9機(jī)旁屏、勵(lì)磁屏、廠用屏 5.5

 

　　合計(jì)造價(jià)（萬(wàn)元）54.440.421.9

 

　　注：發(fā)電機(jī)造價(jià)根據(jù)中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)行業(yè)水平報(bào)價(jià)

 

　　控制保護(hù)設(shè)備報(bào)價(jià)根據(jù)行業(yè)平均水平報(bào)價(jià)

 

　　根據(jù)上表的比較，方案3總造價(jià)較小，建議采用方案3進(jìn)行改造。

 

　　發(fā)電機(jī)改造后主要參數(shù)如下：

 

　　發(fā)電機(jī)型號(hào)        SFW630-6/1180

 

　　額定功率：        630kW

 

　　額定轉(zhuǎn)速：        1000r/min

 

　　額定電壓：        400V

 

　　額定電流：        1136.7A

 

　　功率因素：        0.8

 

　　飛逸轉(zhuǎn)速：        2000r/min

 

　　3.3 控制保護(hù)設(shè)備改造

 

　　原電站發(fā)電機(jī)電壓等級(jí)為6.3kV，改造后電壓等級(jí)為0.4kV，原有的高壓開(kāi)關(guān)柜廢棄，原控制保護(hù)設(shè)備比較落后，改造后全部更換。控制保護(hù)屏采用微機(jī)一體化綜合控制屏，同期、保護(hù)、控制全部布置在一面屏上，同期方式采用自動(dòng)準(zhǔn)同器、手動(dòng)準(zhǔn)同期備用。勵(lì)磁屏選用微機(jī)勵(lì)磁屏。主電纜由于電壓等級(jí)改變，應(yīng)全部更換，型號(hào)為VV-3×240。

 

　　操作電源采用220V高頻開(kāi)關(guān)電源，設(shè)置一套40AH、220V的全密封免維護(hù)鉛酸電池直流系統(tǒng)成套裝置，設(shè)微機(jī)監(jiān)控接口，供全站保護(hù)、控制、信號(hào)等使用。

 

　　3.4 變壓器及變電站設(shè)備改造

 

　　變壓器更換，型號(hào)為S11-800kVA，11/0.4kV，斷路器和隔離開(kāi)關(guān)相應(yīng)更換。

 

　　4、改造工程概算

 

　　工程改造總投資147.93萬(wàn)元，其中建安工程費(fèi)18.27萬(wàn)元，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)110.86萬(wàn)元，獨(dú)立費(fèi)用11.76萬(wàn)元，基本預(yù)備費(fèi)7.04萬(wàn)元。

 

　　5、改造效益

 

　　根據(jù)徑流調(diào)節(jié)計(jì)算成果（計(jì)算過(guò)程略），白溪水庫(kù)壩后電站增效擴(kuò)容改造后，裝機(jī)容量增加130kW，電站綜合能效指標(biāo)為83.83%，比改造前增加了14.62%，多年平均發(fā)電量201.68萬(wàn)kWh，比改造前增加60.02萬(wàn)kWh，年增收益23.06萬(wàn)元。靜態(tài)回收年限約為6.5年，經(jīng)濟(jì)效益還是比較明顯的，說(shuō)明該電站增效擴(kuò)容改造工程技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上也是合理的。