碧口水電站發電機組增容改造分析

燕 京

(中國水利電力物資有限公司，北京 100040)

碧口水電站發電機組增容改造分析

燕 京

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介紹了碧口水電站機組改造的項目背景及必要性，分析了改造后水輪機的效率特性，以期對同類型機組改造工作具有一定的借鑒價值。

碧口水電站；發電機；增容改造

1 項目背景

碧口水電站位于甘肅省文縣碧口鎮上游3 km的白龍江干流上，電站總裝機容量3×100 MW，工程于1975年12月下閘蓄水，3臺100 MW立軸懸式混流式水輪發電機組，1號機于1976年3月投產發電，2號機于1976年4月投入運行，3號機于1977年6月并網發電。

30多年來，隨著發電設備運行時間增長，設備老化，檢修工作量增大，運行的安全可靠性降低，當時的設計制造技術水平在一定程度上限制了設備的發電能力。據此，電站從2009年開始，歷時4年，對3臺水輪機進行了增容技術改造，提高了水輪機出力和效率。同時，為了消除發電機存在的絕緣老化、測溫點損壞、通風損耗大、制動環裂紋等隱患，徹底解決對安全生產構成的威脅，從2012底起開始對發電機進行增容技術改造，2013年5月，1號發電機改造完成并網發電，機組增加出力10 MW；2014年4月，3號發電機改造完成并網發電，機組增加出力10 MW。以3號機組為例，機組主要技術參數如表1所示。

表1 機組主要技術參數

2 改造的必要性

電站3臺機組經30多年的運行，定子絕緣老化嚴重，曾多次發生絕緣擊穿，成為影響機組安全的主要原因，同時發電機線棒測溫點損壞多，通風損耗大，制動環產生裂紋等隱患嚴重威脅機組的安全運行。

(1) 定子線棒老化嚴重，多次發生絕緣擊穿，以運行時間最長的1號機為例，截至1號發電機改造前機組已運行33年，定子繞組絕緣老化程度已非常嚴重，絕緣的熱態介損嚴重超標，多次發生絕緣擊穿，嚴重威脅電站安全生產。

(2) 線棒絕緣老化問題已經成為技術監控重點跟蹤的問題。從2009年開始，試驗結果多次表明定子線圈三相介損和局放值均超過規定值，定子繞組絕緣具有明顯的老化特征，建議對定子線棒進行更換。

(3) 發電機線棒防暈層受損、老化，線棒表面對地電位嚴重超標。機組線棒測溫元件損壞嚴重，不滿足日常測溫要求。以未進行改造的2號機為例，2號發電機定子硅鋼片，已有部分齒部彎曲變形而松動。定子測溫指示不正常或電阻元件斷線，難以監控和判斷溫度是否正常。

(4) 2009—2012年電站完成水輪機改造，發電機改造已成為機組增容的必要條件，改造后每臺機組可增加10 MW的出力，每年增加經濟效益500多萬元。

3 改造后水輪機效率特性分析

3.1 試驗方法及數據

以3號機組改造后出力特性試驗為例，用功率變送器按雙瓦特表接線測量發電機輸出功率，再根據制造廠家提供的發電機效率特性，求得水輪機功率。流量采用測量蝸殼差壓值，按蝸殼流量系數計算得到。工作水頭用蝸殼進口、尾水管出口斷面能量進行測量計算。試驗中主要參數采用了水輪機效率微機采集與處理系統自動采集的數據。試驗實測最高效率點為79.83 m工作水頭下，水輪機出力為111.61 MW，水輪機效率為92.77%。由于2011年試驗時受發電機出力所限，僅實測到水輪機出力116.5 MW，實測工作水頭84.08 m下，水輪機效率為94.67%。

由于2次試驗的水頭相差較大，無法換算到同一水頭下進行比較，而且2次試驗的方法不同，僅能通過三次樣條插值計算，在可比范圍內對2個工作水頭下的水輪機效率平均下降值進行定性估算，結果約為2.34%。2011年與2014年不同工作水頭下3號水輪機效率定性估算表如表2所示。

表2 2011年與2014年不同工作水頭下3號水輪機效率定性估算表

3.2 改造后效率比較

圖1為發電機改造后水輪機效率與2011年效率試驗對比曲線。

圖1 發電機改造后水輪機效率與2011年效率試驗對比曲線

在進行1號與3號發電機組改造時，3號機發電機吸取了1號機改造經驗，轉子磁軛堆疊時磁軛片嚴格要求按規格質量均勻布放，并把轉子上原來的配重塊取掉了，所以機組啟動時質量不平衡現象較輕，通過少量配重后，動不平衡狀態不錯。發電機上機架水平振動值和各部位軸擺度值均滿足要求，上機架垂直振動值和頂蓋水平及垂直振動值，除在振動區超標外，其余工況也滿足標準要求。試驗水頭條件下，3號機運行穩定性狀態可粗分為3個區，不能運行的30 MW附近強振動區、63 MW以下且不含30 MW附近弱振動區、63 MW以上優良穩定運行區。改造后，3號機組出力可達到保證值要求，如表3所示。

表3 3號機組出力保證值

4 結語

發電機改造后，1、3號機組能在110 MW下長期安全、穩定、經濟運行。其提高的銘牌出力符合國家清潔能源政策，經濟和環保效益明顯；3臺機組銘牌出力由原來的100 MW提高至110 MW，增容10 MW；同時需要注意的是，水輪機發電機組在運行中要避開強振區運行，減少在弱振區運行，這些改造經驗都對2014年年底即將進行的2號發電機改造以及同類機組的改造提供了借鑒價值。

[1] 李世康，韓亞寧，燕京，等.碧口水電廠水輪機改造經驗[J].西北水電，2010(1)

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[3] 付廷勤.劉家峽水電廠水輪發電機組增容改造分析研究[D].武漢大學，2004

[4] 張德海.電廠水輪發電機組增容改造可行性研究[J].中國科技信息，2013(13)

[5] 王宏.葛洲壩電站機組增容改造關鍵技術研究及工程項目管理[D].重慶大學，2001

2014-08-29

燕京(1985—)，女，甘肅天水人，工程師，從事電站生產管理及設備采購工作。