摘要：隨著工程建設(shè)步伐的加快，水庫壩后電站建設(shè)也是越來越多，其中電站機(jī)組技術(shù)改造工程也是越來越受重視，本文結(jié)合工程實例，對電站機(jī)組技術(shù)改造進(jìn)行流程性分析，供同類工程參考。

　　關(guān)鍵詞：電站;機(jī)組;改造

　　Abstract: with the quickening pace of engineering construction, reservoir dam construction is also more and more power stations, power station unit of the technical renovation engineering is also more and more valued and combining with the practical engineering, the power station unit technology reconstruction process analysis, for similar projects.

　　Keywords: power station; Unit; transformation

　　1工程概況

　　經(jīng)審批，江門市錦江水庫壩后電站機(jī)組通過技術(shù)改造將總裝機(jī)容量由原先的3×6500kW 增加至3×7150kw，同時對調(diào)速器、勵磁系統(tǒng)等相關(guān)裝置進(jìn)行技術(shù)改造。機(jī)組技術(shù)改造工程要分步實施：首先對#3 機(jī)組進(jìn)行技術(shù)改造(已完成)，接著對第二臺機(jī)組(#1 機(jī)組)進(jìn)行技術(shù)改造(已完成)。本次對電站最后一臺機(jī)組(即#2 機(jī)組)進(jìn)行技術(shù)改造。

　　2 水輪機(jī)及其附屬設(shè)備改造

　　2.1 最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n10/及其限制工況下單位流量Q1/

　　原HL702-LJ-140 型水輪機(jī)的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n10/=70r/min，機(jī)組在n=375r/min 下運(yùn)行，就錦江水庫壩后電站而言，只有當(dāng)庫水位達(dá)98.0m 左右時，才能對應(yīng)水輪機(jī)的最優(yōu)效率。而錦江水庫設(shè)計洪水位為96.3m，校核洪水位98.35m，所以，應(yīng)該根據(jù)電站的具體情況更換新型號轉(zhuǎn)輪。本次技術(shù)改造發(fā)電機(jī)增容10%，且#2 號機(jī)組額定水頭從Hr=50.5m 降至Hr=47.75m。若水輪機(jī)額定效率不變，則水輪機(jī)過流能力(相同水頭下)提高16.3%。考慮到水輪機(jī)額定效率稍有提高，所以，對#2 水輪機(jī)過流能力要求提高15.0%(與#3 機(jī)組相同， #1 機(jī)過流能力增加18.7%)。

　　2.2 水輪機(jī)的工作水頭范圍和強(qiáng)度核算

　　錦江水庫發(fā)電死水位75.2m，正常蓄水水位95.0 m，壩后電站水輪機(jī)相應(yīng)的最小水頭33.5m，最大水頭53.5m，如果考慮邊泄洪邊發(fā)電，最大可能水頭為56.0m。水頭變幅比較大。在最小水頭和最大水頭范圍內(nèi)，要求水輪機(jī)在相應(yīng)水頭下機(jī)組功率的45%～100%范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。為此，機(jī)組改造采用“X葉片”類型的新轉(zhuǎn)輪。

　　2.3 水輪機(jī)的效率修正

　　招標(biāo)文件要求：改造完成后，水輪機(jī)最優(yōu)工況點效率達(dá)到ηM.max≥93.6%，加權(quán)平均效率與HL702 新轉(zhuǎn)輪比較，提高幅度(對#2 水輪機(jī)而言)應(yīng)達(dá)到4.5 個百分點。

　　錦江電站當(dāng)時水輪機(jī)流道(除轉(zhuǎn)輪外)的加工制造工藝水平較低，且經(jīng)過三十多年的長期運(yùn)行，由于磨損、銹蝕等而產(chǎn)生的缺陷將對JF2528-LJ-140 轉(zhuǎn)輪的效率造成不利影響，其對效率的影響可按-0.8%考慮。綜合上述兩個方面因素的影響，JF2528-LJ-140 轉(zhuǎn)輪效率修正值Δη=+0.3%。

　　2.4 水輪機(jī)的尾水管補(bǔ)氣

　　為確保在水庫泄洪使尾水位升高時水流不會通過大軸中心孔反向冒出，借鑒前2 組機(jī)組改造經(jīng)驗，決定取消大軸中心孔補(bǔ)氣，只采用尾水管短管補(bǔ)氣。

　　2.5 水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速

　　水輪機(jī)的單位飛逸轉(zhuǎn)速n/1f 隨最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n/10 的升高而升高。HL702型轉(zhuǎn)輪的n/

　　10=70r/min，相應(yīng)的n/1f=133 r/min。新轉(zhuǎn)輪按10' n =78r/min 設(shè)計，則要求n 1 f≤147r/min 是合理的。原發(fā)電機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速為785r/min，改造后核算其飛逸轉(zhuǎn)速仍為785r/min(后述)，即安全。

　　2.6 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的改造

　　#2 機(jī)組導(dǎo)葉最大開度保持不變，#2 機(jī)組導(dǎo)葉開度為a0=172mm。導(dǎo)葉更換成不銹鋼導(dǎo)葉，配套更換導(dǎo)葉套筒和底環(huán)導(dǎo)葉軸套，將原導(dǎo)葉、頂蓋、底環(huán)的止水膠條密封更換成剛性密封結(jié)構(gòu)，確保上、中、下三軸套的同心度、垂直度和導(dǎo)水葉各部位的密封良好。

　　3.8 水輪機(jī)主軸密封改造

　　根據(jù)規(guī)范將原石黑盤根密封改造為用冷卻水壓配П 型橡膠圓環(huán)密封,確保止水效果滿足要求。

　　3 發(fā)電機(jī)及其附屬設(shè)備改造

　　3.1 發(fā)電機(jī)電磁計算

　　(1)原發(fā)電機(jī)電磁參數(shù)的復(fù)核

　　原發(fā)電機(jī)要發(fā)出8125kVA 視在容量需要勵磁電壓142.40V、勵磁電流426.82A。而原運(yùn)行規(guī)程標(biāo)寫勵磁電壓137.5V、勵磁電流400A。即勵磁容量欠10.5%，所以原發(fā)電機(jī)無功不足。影響無功不足的另一原因是實際氣隙平均值大于13.5mm，部分氣隙實測值為14mm。

　　(2)發(fā)電機(jī)增容10%的已完成的定子線圈

　　1998 年6 月洪水事故后，在更換發(fā)電機(jī)定子線圈時已決定發(fā)電機(jī)增容10%。定子線規(guī)(mm×mm)從1.68×6.9 變?yōu)?×1.7，定子絕緣等級從B 級變?yōu)镕 級。

　　(3)發(fā)電機(jī)增容10%的轉(zhuǎn)子線圈方案

　　本設(shè)計以勵磁電流增加為主，轉(zhuǎn)子線圈匝數(shù)增加為次。隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)在轉(zhuǎn)子線圈匝間絕緣可由原來的0.4mm 厚，下降至0.3mm 厚(即墊以0.1mm 厚的苯二酚玻璃坯布3 層)，因此原來極身高度尚有富余，所以在原有基礎(chǔ)上可增加一匝，即由原來的52.5匝增加至53.5匝。由于以勵磁電流增加為主，為確保轉(zhuǎn)子溫升值能夠下降，所以增大轉(zhuǎn)子線規(guī)的截面，由原來的3.53×35 改變?yōu)?.53×45。磁極絕緣設(shè)計由原來的B級變?yōu)镕級。

　　(4)增容后發(fā)電機(jī)電磁參數(shù)計算

　　短路比是根據(jù)電站輸電距離，負(fù)荷變化情況等因素提出(要求)的。短路比大，可提高發(fā)電機(jī)在系統(tǒng)運(yùn)行的靜態(tài)穩(wěn)定。水輪發(fā)電機(jī)的短路比一般為0.9～1.3,標(biāo)準(zhǔn)值為1.1。原發(fā)電機(jī)短路比設(shè)計值為1.118，與標(biāo)準(zhǔn)值1.1 很接近。本次2#機(jī)組技術(shù)改造按氣隙13.5mm，計算短路比為1.016，此計算結(jié)果與1#、3#機(jī)組的一致。適當(dāng)減小氣隙以實現(xiàn)增發(fā)小部分無功的目標(biāo)是可行的。最終確定氣隙為13.0mm，并復(fù)算短路比為0.98。

　　根據(jù)發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行電磁參數(shù)計算結(jié)果：增容后發(fā)電機(jī)要發(fā)8938kVA 視在容量需要勵磁電壓117.53V、勵磁電流441.36A，短路比0.98。增容后發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子各部位的溫升值都低于原發(fā)電機(jī)。

　　3.2 轉(zhuǎn)子直流電阻和磁極線圈

　　招標(biāo)文件要求轉(zhuǎn)子直流電阻為0.24,(75℃)。但借鑒1#、3#機(jī)組的改造經(jīng)驗，中標(biāo)人仍以轉(zhuǎn)子直流電阻值0.2262,(75℃)作響應(yīng)，完全可滿足招標(biāo)文件的要求。

　　3.3 磁極托板

　　原磁極托板材料為10mm 厚酚醛絕緣板，新磁極托板材料為10mm 厚3240 環(huán)氧玻璃坯布板。由于接頭片尺寸變化，相應(yīng)其缺口(槽)尺寸也變化。

　　3.4 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子風(fēng)葉改造

　　本發(fā)電機(jī)增容后需要通風(fēng)量為8.54 m3/s。3#機(jī)只改造下風(fēng)扇，計算得通風(fēng)量為9.41 m3/s，運(yùn)行效果認(rèn)為欠佳。2#機(jī)上下風(fēng)扇都改造，計算得通風(fēng)量為9.967 m3/s，能滿足增容后風(fēng)量要求。本改造采用經(jīng)優(yōu)化的新弧形斗式風(fēng)扇。

　　3.5 發(fā)電機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速

　　發(fā)電機(jī)增容，因轉(zhuǎn)子線圈重量增加，磁極靴受力也有所增加，理論上發(fā)電機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速應(yīng)略有減小。但仍按原發(fā)電機(jī)標(biāo)志的飛逸轉(zhuǎn)速785r/min進(jìn)行核算，結(jié)果是：①磁極托板由酚醛板改為3240 環(huán)氧玻璃坯布板，其擠壓強(qiáng)度滿足要求;②改造后磁極靴的最大應(yīng)力仍在材料許用應(yīng)力范圍內(nèi)，能滿足強(qiáng)度要求。所以，增容后發(fā)電機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速仍然標(biāo)785r/min。前述庫水位98.0m 下水輪機(jī)最大飛逸轉(zhuǎn)速為775.1r/min，小于發(fā)電機(jī)允許飛逸轉(zhuǎn)速785r/min，安全。

　　3.6 上機(jī)架及推力軸承核算

　　HL702-LJ-140 型水輪機(jī)和TSL330/16-61 型發(fā)電機(jī)是按63m 水頭級配套設(shè)計的。HL702 型的水推力系數(shù)為0.32，而HLJF2528 型的水推力系數(shù)為0.35。所以，改造后機(jī)組能在H=63×0.32/0.35=57.6m 下運(yùn)行。

　　本電站機(jī)組，當(dāng)庫水位98.0m 時，最大可能水頭H=56.0m，所以能夠安全運(yùn)行。上機(jī)架及推力軸承不必作強(qiáng)度和剛度核算。

　　3.7 制動和頂轉(zhuǎn)子裝置改造

　　水輪發(fā)電機(jī)制動及頂轉(zhuǎn)子裝置采用單缸雙倉氣復(fù)歸制動器，配置電動加壓油泵，其各項性能指標(biāo)均能滿足要求。該系統(tǒng)的管路布置尺寸應(yīng)與機(jī)組實際安裝尺寸相配合。

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