象山水電站增效擴容改造方案及效益分析

肖景賢

(黑河市地方水電管理站，黑龍江 黑河 164300)

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象山水電站增效擴容改造方案及效益分析

肖景賢

(黑河市地方水電管理站，黑龍江 黑河 164300)

摘要：象山水電站設備老化，通過增效擴容改造，將對電站水輪機、發電機、調速器等設備進行更換，改造后該電站裝機3×6600kW，從根本上解決電站機械設備、電氣、監測、控制及保護系統存在的嚴重問題，提高設備運行的可靠性和二次設備的整體技術水平，最終實現電站“無人值班，少人值守”的目標。

關鍵詞：象山水電站；增效擴容；技術改造方案；效益分析

1電站概況

象山水電站是黑龍江支流法別拉河中游，距黑河市區72 km，是1座以發電為主，兼顧防洪、養魚和凈化水質等綜合利用的水利樞紐工程。主要由攔河壩、溢洪道、引水隧洞、發電廠房、變電廠和110kV輸電線路組成。水庫屬大(2)型水庫，電站裝機容量3×6000kW，建設成于上世紀90年代初，電站機組設備為上世紀80年代末期產品。

運行發電以來，電廠逐年對機電設備進行大修、小修實施技改項目15項，累計投入技改資金170萬元，基本保障機電設備安全，但限于當時的整體技術研發和制造水平的制約，許多設備的性能參數指標已達不到設計要求，耗能高、效率低，全廠90%電氣一次設備屬于技術落后，性能指標不穩定和被列入國家公布的淘汰機電產品范疇。

電廠水輪機采用混流式水輪機轉輪適用于100 m水頭段，由于水電站自投產發電以來，水庫大部分時間處于低水位，水輪機在低水頭運行，導致水輪機實際運行效率低、出力不足。由于老化嚴重，有些設備機械和電氣故障頻發，存有安全隱患，使電廠的安全穩定運行受到嚴重威脅，電廠在系統中的作用難以發揮，其經濟效益受到嚴重影響。

2013年電站被列為農村水電增效擴容改造項目，2015年10月電站3臺水輪發電機組全部更新改造完畢，并投入運行。改造后電站裝機容量為3×6 600 kW,新增容量1 800 kW，多年平均發電量為4 082 萬 kW·h，裝機利用小時數為2 268 h。水輪發電機組綜合效率提高15%，水電站發電效益增加，同時消除各類安全隱患[1]。

2增效擴容改造技術方案

本次電站增效擴容改造項目是在原水工設施基本不動的條件下進行的，不改變原工程等級及建筑物級別，對水輪機轉輪、主軸密封結構、調速器、輔助機械設備、發電機繞組、電氣設備、自動化元件、控制保護系統等機電設備進行更新或改造。

2.1水輪機轉輪更換方案

象山水電站的運行特點為參與電網調峰及事故備用，汛期有棄水。據此對機組進行增效擴容改造，提高調峰容量和汛期水能利用率。根據象山水電站的基本情況，推薦采用HLJF2810型轉輪替換原HLD74型轉輪的技術改造方案，原水輪機通流部件保持不變，以最經濟的手段達到技改目標[2]。

2.2改造前后水輪機性能比較

原水輪機型號 HLD74—LJ—140，額定轉速375r/min,額定流量16.31m3/s,額定出力6250 kW，吸出高度0.0m。5個典型工況點的水輪機平均效率為76.48%。推薦更換水輪機型號HLJF2810-LJ-140，額定轉速：375r/min，吸出高度Hs≤+1.3m，飛逸轉速720.7r/min，軸向水推力：331k。5個典型工況點的水輪機平均效率為92.7%。

HLJF2810型轉輪是利用現代水力學設計理念開發的導葉相對高度為0.28的“負傾角型葉片”高效轉輪。與HLD74-LJ-140轉輪相比，JF2810-LJ-140型轉輪具有如下優點：

1)在主要運行區效率較高。采用HLJF2810-LJ-140型轉輪進行改造更換后，水輪機的預期綜合效率約可提高16.22%。兩種轉輪在典型工況下的水輪機效率對照情況見表1：

表1　兩種轉輪在典型工況下的水輪機效率對照表

2)在高水頭工況能夠提高機組出力。與HLD74-LJ-140型轉輪相比，HLJF2810-LJ-140型轉輪具有更寬的高效區，其出力限制線的單位流量與最優單位流量之差明顯優于前者。HLD74-LJ-140型水輪機在額定工況點的單位流量已接近該水輪機出力限制線，基本沒有出力裕度，而HLJF2810-LJ-140型水輪機則有較大的裕度。

3)空化性能較優。在額定工況點，HLD74-LJ-140型轉輪的臨界空化系數為0.14，而HLJF2810-LJ-140型轉輪的臨界空化系數為0.12，優于前者。并且，由于HLJF2810-LJ-140型轉輪葉片為“負傾角”，其葉片進口處的局部空化性能也明顯優于HLD74-LJ-140型轉輪。

4)吸出高度與安裝高程。由于水頭范圍沒有變化，新轉輪的空蝕性能優于原轉輪，經核算，水輪機吸出高度為+1.3m，滿足不改變水輪機安裝高程的改造要求。

5)滿足調節保證。本電廠共裝3臺6000kW混流水輪發電機組，機組額定轉速為375r/min。引水系統為一洞三機布置型式。根據引水系統布置圖、機組流道尺寸，經調節保證計算，小波動干擾下，機組運行穩定，收斂性較好。調節保證計算結果能夠達到原輸水系統的要求，能夠滿足不改變輸水系統的改造要求。計算成果見表2：

2.3機組其它部件改造

2.3.1主軸密封的改造

采用組合式聚四氟乙稀盤根密封。聚四氟乙稀被稱為塑料之王，具有優良的力學、自潤滑、電絕緣、耐熱和耐化學腐蝕性能，被廣泛地應用于國防、航天、電子、化工、機械、電器等行業。聚四氟乙稀盤根密封結構簡單、調整方便、造價便宜、封水效果好，使用壽命長，能夠保證機組長期安全運行，在國內很多電廠已得到成功運用。

表2　調節保證計算成果表

2.3.2推力、導軸瓦及軸瓦冷卻系統的改造

采用彈性金屬塑料瓦代替巴氏合金瓦。彈性金屬塑料瓦是由聚四氟乙烯(俗稱塑料王)和螺旋形青銅絲組成的復合材料，然后釬焊到瓦體上。其具有摩擦系數小、熱穩定性高、不黏和自潤滑等優良特性。冷卻系統的改造按照原來管路型號更換新設備。

2.3.3發電機制動器的改造

采用新型GZD 制動器，這種制動器配有非金屬無石棉制動塊，磨損量小，粉塵極少。活塞密封使用高級丁腈耐油橡膠模壓而成，中間無合模接縫，持久耐用。目前已在國內幾十家水力發電廠成功運用[3]。

2.4調速器及油壓裝置改造

采用基于液壓數字邏輯插裝技術的YCVT系列全容錯直接數字控制的微機調速器，更換型號為YCVT-3000。該調速器在國內很多電廠已經成功運用，能顯著提高象山電廠的自動控制水平。更換新的油壓裝置，型號為HYZ-1.0-2.5。

2.5蝶閥油壓裝置及控制系統的改造

采用了DFK回轉型蝶閥控制系統。柜內所有液壓換向閥均采用球閥結構，對工作油源的清潔度要求不高，克服了以往滑閥結構換向閥容易卡塞的現象，提高了工作的可靠性，延長了使用壽命；接力器二位四通球閥均采用球閥結構，連接管路設置節流閥，通過調節開度實現蝶閥開、關時間的調整；蝶閥控制系統采用以PLC 為核心的控制單元,結構簡單，可靠性強，可實現開、關蝶閥過程中異常報警；液壓換向閥的閥體和閥芯均采用不銹鋼材料，確保換向閥長期可靠運行。

2.6發電機改造

鑒于象山水電站3臺水輪發電機定、轉子繞組絕緣老化嚴重，絕緣耐熱等級低，綜合效率差等因素，為提高發電機的整機性能和效率指標，減少損耗，在保持原發電機結構尺寸不變的前提下，擬將3臺發電機的定、轉子繞組全部更換為F級絕緣。3臺發電機定、轉子繞組全部更換為F級絕緣而溫升按B級絕緣控制后，單臺發電機的額定功率可由原6000kW提高至6600kW，擴容10%。改造后電站裝機容量為19800kW，不僅能夠充分利用豐水期棄水多得電量，還能夠增加電網得調峰和事故備用容量[4]。

2.7主變壓器

鑒于水電站2臺主變壓器為7系列、高耗能淘汰產品，且存在著許多質量缺陷和安全隱患，為提高電廠運行的可靠性和節能增效，擬將其分別更換為S11-16000/110和SS11-8000/110型節能變壓器。更換變壓器后每年可為電廠節省電能約10.71×104kW·h。新舊型號變壓器的損耗指標及每年可節省電能計算結果詳見表3：

表3　主變壓器全年電能損耗估算對比表

3增效擴容改造后效益分析

水電站經設備更新改造后，機組運行效率提高，減少廠用電消耗，同時減少維護檢修的工作量。設備控制全面采用智能PLC ，控制邏輯主要依靠軟件程序實現，電廠全面計算機監控系統的總體設備和系統配置采用智能化、數字化的控制，實現“無人值班”(少人值守)，全面提高電廠的自動化水平和勞動生產率。改造后，延長機電設備大修、小修周期和減少工作量，每年可節約維護費約60萬元。電站機組增效擴容改造后，裝機利用小時數為1 956 h提高到為2 268 h，機組綜合效率達到90.62%。多年平均發電量由3101×104kW·h提高到4082×104kW·h，年可增加發電量981×104kW·h，發電量增幅為32%；年增加的售電收入340萬元。項目改造后每年可增加效益合計約400多萬元[5]。

5結語

農村水電站增效擴容改造,不僅是一次機電設備更新,而且一次解決電站運行中的多項問題。即消除了設備運行的安全事故隱患,大大改善電站的基礎設施,提高運行安全性和可靠性,自動化水平得到很大提高，經濟效益明顯，實現“無人值班”，少人留守”的目標，將電站人員重新科學分流到其他合適的崗位上，降低人力成本，創造更多的經濟效益，機組運轉效率提高，合理有效利用水能資源，達到節能增效的目標，同時滿足電網調峰需求，促進農村水電的可持續發展。

參考文獻：

[1]中水東北勘測設計研究有限責任公司.象山水電廠增效擴容改造初步設計報告[R].中水東北勘測設計研究有限責任公司，2012.

[2]中華人民共和國水利部.Sl193—1997 小型水電站技術改造規程[S].北京：中國水利水電出版社，1998.

[3]陳慧等.秀山縣鐘靈水庫壩后電站技術改造淺析[J].北京：中國水能及電氣化，2013(2)：65-66.

[4]蘭舟等.寶靈寺水電站發電機及其附屬設備增效擴容改造分析[J].中國水能及電氣化，2013(7)：26-29.

[5]陳岳松.酒埠江水電站增效擴容改造技術探討[J].中國水能及電氣化，2013(2)：90-93.

中圖分類號：TV734

文獻標識碼：B

[作者簡介]肖景賢(1973-)，女，黑龍江克山人，高級工程師，從事農村水電管理工作。

[收稿日期]2016-01-12

文章編號：1007-7596(2016)03-0072-03