峽山水電站機(jī)組改造方案比選

譚林照，岳永起 ，郭紹春

（1.濰坊市峽山水庫管理局，山東 濰坊 261325；2.山東省水利勘測設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250013）

峽山水電站位于峽山水庫主壩北首，水能開發(fā)形式屬梯極開發(fā)。一級水電站為河床式，1960年12月建成，安裝2臺650 kW和1臺500 kW水輪發(fā)電機(jī)組；二級水電站為明渠引水式，1970年12月建成，安裝4臺200 kW和1臺75 kW水輪發(fā)電機(jī)組，1994年增建1臺650 kW水輪發(fā)電機(jī)組。兩電站總裝機(jī)容量3 325 kW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量750萬kW·h，年平均發(fā)電量450.5萬kW·h。2008年最高發(fā)電量達(dá)1 084萬kW·h。工程投產(chǎn)運(yùn)行至今，實(shí)現(xiàn)發(fā)電量1.9億kW·h，為促進(jìn)當(dāng)?shù)貛靺^(qū)發(fā)展，發(fā)揮了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 水電站存在的問題

峽山水電站建于上世紀(jì)60、70年代，發(fā)電機(jī)效率低，絕緣等級低，老化嚴(yán)重。水輪機(jī)性能落后，經(jīng)多年運(yùn)行，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪空蝕、銹蝕嚴(yán)重，雖幾經(jīng)修補(bǔ)處理，空蝕情況難以消除，導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組效率低、振動(dòng)大、出力少，效益得不到有效發(fā)揮。且設(shè)備已超過報(bào)廢年限，生產(chǎn)運(yùn)行存在較大安全隱患。變壓器型號為SJL鋁芯油浸自冷式，損耗高；3.15 kV高壓配電裝置為GG-1A型高壓柜，無防護(hù)措施，柜內(nèi)使用SN10-630少油斷路器，多數(shù)電氣一、二次設(shè)備已列為國家公布的淘汰產(chǎn)品目錄，經(jīng)多年運(yùn)行，故障頻發(fā)，維修零部件無處購置。

2 原水電站機(jī)組裝機(jī)情況

一級水電站設(shè)計(jì)流量42 m3/s，設(shè)計(jì)水頭6.5 m，最高水頭8.9 m。原裝機(jī)3臺ZD510-LH-180型水輪機(jī)，配套2臺650 kW和1臺500 kW的TS284/19-32型同步發(fā)電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速187.5 r/min，額定電壓3 150 V，自并激勵(lì)磁方式，調(diào)速器采用XT—1 000。

二級水電站設(shè)計(jì)流量42 m3/s，設(shè)計(jì)水頭4.5 m，最高水頭5.0 m，最低水頭2.0 m。原裝機(jī)4臺ZD760-LM-120型水輪機(jī)，配套4臺200 kW的TS173/17-24型同步發(fā)電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速250 r/min，額定電壓400 V，自并激（它勵(lì)）勵(lì)磁方式，電動(dòng)渦輪蝸桿調(diào)速器。為與一級水電站流量匹配，后續(xù)另裝75 kW和650 kW水輪發(fā)電機(jī)組各1臺。

3 改造方案

3.1 一級水電站機(jī)組改造

3.1.1 方案一：更換水輪機(jī)

將原有3臺水輪機(jī)更換為ZDJP502－LH－180型新水輪機(jī)，葉片采用0Cr13Ni4Mo不銹鋼材質(zhì)，轉(zhuǎn)輪直徑1 800 mm；原發(fā)電機(jī)更換為SF750-32/2840型發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)額定容量750 kW；勵(lì)磁方式改為可控硅勵(lì)磁；調(diào)速器改為YWT-1 000-G型組合式微機(jī)調(diào)速器，全部采用PLC控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制，具有安全保護(hù)功能，其高壓油系統(tǒng)能同時(shí)滿足停機(jī)剎車要求。改造后電站裝機(jī)3×750 kW，發(fā)電流量41.73 m3/s。機(jī)電設(shè)備投資342萬元。優(yōu)缺點(diǎn)是：整機(jī)更換，機(jī)組容量擴(kuò)大，機(jī)組效率高，性能好；投資大。

葉輪直徑同原機(jī)組，機(jī)組外殼部位土建作相應(yīng)改動(dòng)。

3.1.2 方案二：更新機(jī)組轉(zhuǎn)輪

將原水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪更換為ZDJP502－LH－180型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，葉片采用0Cr13Ni4Mo不銹鋼材質(zhì)；按SF750-32/2840型發(fā)電機(jī)更換原發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子線圈，發(fā)電機(jī)額定容量750 kW；勵(lì)磁方式改為可控硅勵(lì)磁；調(diào)速器改為YWT-1000-G型組合式微機(jī)調(diào)速器調(diào)。電站裝機(jī)3×750 kW，總發(fā)電流量41.73 m3/s。機(jī)電設(shè)備投資117萬元。優(yōu)缺點(diǎn)是：主要部件更換，機(jī)組容量擴(kuò)大；效率和性能相對差一點(diǎn)；投資較省。機(jī)組外殼等不動(dòng)，土建不改動(dòng)。

3.1.3 方案比選

從兩個(gè)方案分析比較可知，方案二亦能達(dá)到增效擴(kuò)容目的，雖然機(jī)組效率和性能相比方案一差一點(diǎn)，但機(jī)電設(shè)備投資節(jié)省225萬元，根據(jù)電站目前實(shí)際情況，為節(jié)省投資，經(jīng)綜合比較，選用方案二更換水輪機(jī)葉輪和發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子線圈方案。

3.2 二級水電站機(jī)組改造

3.2.1 方案一：更換水輪機(jī)

將原有4臺ZD760-LM-120型水輪機(jī)更換為ZDT03－LM－120型水輪機(jī)，葉片采用0Cr13Ni4Mo不銹鋼材質(zhì)；原200 kW發(fā)電機(jī)更換為SF250-24型發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)額定容量250 kW；勵(lì)磁方式改為可控硅勵(lì)磁；調(diào)速器改為YWT-600-G型微機(jī)控制調(diào)速器。原1臺ZD760-LM-80型水輪機(jī)更換為ZDT03-LM-80型水輪機(jī)，原75kW發(fā)電機(jī)更換為SF100-8型發(fā)電機(jī)，額定容量100 kW。機(jī)電設(shè)備投資169萬元。優(yōu)缺點(diǎn)是：整機(jī)更換，機(jī)組容量擴(kuò)大，機(jī)組效率高、性能好；投資較大。明流式水輪機(jī)更換方便，葉輪直徑同原機(jī)組，土建改動(dòng)少。

3.2.2 方案二：更換水輪機(jī)葉輪

將原有4臺水輪機(jī)葉輪更換為ZDT03－LM－120型水輪機(jī)葉輪，葉片采用0Cr13Ni4Mo不銹鋼材質(zhì)；用SF250-24型發(fā)電機(jī)更換原發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子線圈，發(fā)電機(jī)額定容量250 kW；勵(lì)磁方式改為可控硅勵(lì)磁；調(diào)速器改為YWT-600-G。將原ZD760-LM-80型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪更換為ZDT03-LM-80型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，用SF100-8型發(fā)電機(jī)更換原發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子線圈，額定容量100 kW。機(jī)電設(shè)備投資99萬元。優(yōu)缺點(diǎn)是：主要部件更換，機(jī)組容量擴(kuò)大；原設(shè)備質(zhì)量差，改造困難，機(jī)組性能差；投資較省。葉輪直徑同原機(jī)組，水輪機(jī)葉輪更換方便，土建不動(dòng)。

3.2.3 方案比選

從兩方案分析比較可知，方案二雖也能達(dá)到增效擴(kuò)容目的，但因原設(shè)備制造質(zhì)量差，已達(dá)報(bào)廢程度，改造困難，改造后效果差；方案一僅比方案二投資多70萬元，但整機(jī)更換后，不但達(dá)到擴(kuò)容目的，而且機(jī)組效率高、性能好，使用壽命長，本站為明流機(jī)組，更換新機(jī)組極為方便。綜合比較，選用方案一整機(jī)更換方案。

4 實(shí)踐及效果

2005年3～6月，對一級水電站2#機(jī)組進(jìn)行了增效擴(kuò)容改造試驗(yàn)，具體試驗(yàn)方案為：

4.1 水輪機(jī)更新改造

選用ZDJP502-LH-180型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，采用不銹鋼材料，設(shè)計(jì)水頭6.5 m，設(shè)計(jì)流量13.91 m3/s時(shí)，水輪機(jī)出力達(dá)807 kW。為配合轉(zhuǎn)輪的更新，主軸法蘭作了同鏜加工。

4.2 發(fā)電機(jī)更新改造

按SF750-32/2840型發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，更換了原發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子線圈，將轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈匝數(shù)由原來的29.5匝改為32.5匝，發(fā)電機(jī)絕緣等級改為F級，解決了老化、發(fā)熱等不安全隱患。

4.3 勵(lì)磁系統(tǒng)更新改造

將原來的自并激勵(lì)磁方式改為JL-12可控硅勵(lì)磁方式。

4.4 改造效果

對改造后的2#水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了各種工況的運(yùn)行試驗(yàn)，在不增加機(jī)組流量的前提下，發(fā)電機(jī)出力由原來的650 kW提高到了750 kW,機(jī)組的各部溫升、振動(dòng)均滿足要求，對水輪機(jī)進(jìn)行檢查，沒發(fā)現(xiàn)空蝕和裂紋現(xiàn)象，改造后機(jī)組效率提高明顯，該機(jī)組當(dāng)年增加發(fā)電量67萬kW·h。

5 結(jié)語

峽山水電站機(jī)組改造后，總裝機(jī)容量將由原來的3 325 kW增加至4 000 kW，裝機(jī)容量增加20.3%；機(jī)組效率由原來的64%左右增加到83%左右，平均年增發(fā)電量160萬kW·h，增幅22.3%。水電站改造后社會效益和經(jīng)濟(jì)效益將十分顯著。