韓宏舉，韓業(yè)明，周業(yè)龍

(1．江蘇省駱運(yùn)水利工程管理處，江蘇 宿遷 223800；2．江蘇省南水北調(diào)泗陽(yáng)站工程建設(shè)處，江蘇 泗陽(yáng) 223700)

皂河閘水電站增容技術(shù)改造及效益分析

韓宏舉1，2，韓業(yè)明1，周業(yè)龍1

(1．江蘇省駱運(yùn)水利工程管理處，江蘇 宿遷 223800；2．江蘇省南水北調(diào)泗陽(yáng)站工程建設(shè)處，江蘇 泗陽(yáng) 223700)

摘要：針對(duì)皂河閘水電站設(shè)備陳舊、性能落后、效率不高，技術(shù)狀況差，安全隱患多，加之上游水情變化的現(xiàn)狀，提出了皂河閘水電站增容技術(shù)改造的實(shí)施方案；并通過(guò)改造后連續(xù)10 a發(fā)電量的對(duì)比分析，證實(shí)增容技術(shù)改造所采取的方案合理；以最少的資金投入，獲得了最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。表3個(gè)。

關(guān)鍵詞：水電站；技術(shù)改造；效益分析

1概述

皂河閘水電站是20世紀(jì)80年代以前建成的，多年來(lái)利用駱馬湖的棄水發(fā)電上網(wǎng)，為緩解偏避的農(nóng)村用電作出了一定的貢獻(xiàn)，同時(shí)也為單位的發(fā)展獲得了經(jīng)濟(jì)效益。但是，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，該水電站設(shè)備陳舊、性能落后、效率不高，存在很多安全隱患。同時(shí)，上游水情也發(fā)生了較大變化。主管單位通過(guò)對(duì)該水電站技術(shù)改造的可行性研究，確定對(duì)其實(shí)施增容技術(shù)改造，并在改造后的運(yùn)用期間還進(jìn)行了一些完善項(xiàng)目。

皂河閘水電站位于江蘇省四大湖泊之一的駱馬湖南大堤，上游是常年蓄水庫(kù)——駱馬湖，下游是京杭大運(yùn)河皂河閘至宿遷閘段航道，其航道水位主要由皂河閘開啟閘門放駱馬湖水調(diào)節(jié)控制。為了充分利用這些下泄的水力資源，1972年江蘇省皂河閘進(jìn)行抗震加固期間，在該閘的左、右岸空箱墻內(nèi)增建了皂河閘水電站，采用渦形進(jìn)水室、肘形出水流道，共安裝4臺(tái)ZD760—LM—120型水輪機(jī)，配4臺(tái)TSN型100 kW水輪發(fā)電機(jī)，總裝機(jī)容量為400 kW。自建成投入使用后，已連續(xù)20多年發(fā)電運(yùn)行，年平均發(fā)電量達(dá)65萬(wàn)kW·h，發(fā)揮了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

由于水輪發(fā)電機(jī)組經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行，設(shè)備陳舊老化，效率降低，出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)和升壓變壓器的線圈絕緣老化、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪過(guò)流部件機(jī)械磨損嚴(yán)重的問題，已影響機(jī)組安全運(yùn)行。同時(shí)，隨著上游駱馬湖南大堤防汛加固工程的實(shí)施，其非汛期蓄水位將從23.00 m抬高到23.50 m(下游為京杭運(yùn)河的一部分,其水位正常情況下控制在19.00～19.50 m)，水輪機(jī)的發(fā)電水頭可以相應(yīng)提高0.50 m。為了盡快消除水電站安全隱患，并利用水情變化的有利因素提高水力發(fā)電效率，增容技術(shù)改造勢(shì)在必行。

2改造前的主要問題

2.1　4臺(tái)發(fā)電機(jī)

4臺(tái)發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子線圈及其連接線路絕緣保護(hù)層嚴(yán)重老化，很容易引發(fā)接地故障，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行。發(fā)電機(jī)雙繞組電抗分流式勵(lì)磁裝置發(fā)熱嚴(yán)重，使電機(jī)效率降低。發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)噪音超過(guò)允許值，嚴(yán)重影響運(yùn)行人員的身心健康?；诎l(fā)電機(jī)存在以上情況，制造廠家現(xiàn)場(chǎng)鑒定結(jié)論是：發(fā)電機(jī)老化嚴(yán)重，已無(wú)修復(fù)價(jià)值。

2.2　4臺(tái)水輪機(jī)

4臺(tái)水輪機(jī)的導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)不合理，各導(dǎo)葉之間開度不一致，關(guān)閉不實(shí)；水輪機(jī)導(dǎo)葉軸與軸套磨損嚴(yán)重，導(dǎo)葉調(diào)節(jié)困難，特別是遇到電網(wǎng)停電時(shí)，水輪發(fā)電機(jī)組飛車后很難及時(shí)關(guān)閉導(dǎo)葉。水輪機(jī)葉輪部分氣蝕嚴(yán)重，與轉(zhuǎn)輪室之間間隙增大，容積效率下降。水輪機(jī)導(dǎo)軸承磨損嚴(yán)重，運(yùn)行中引起機(jī)組振動(dòng)，導(dǎo)致導(dǎo)葉軸斷裂、連板脫落損壞、螺母松動(dòng)等情況時(shí)有發(fā)生。水輪機(jī)所采用的手動(dòng)調(diào)速器磨損嚴(yán)重，調(diào)節(jié)特性差，導(dǎo)葉不能隨負(fù)荷變化及時(shí)調(diào)節(jié)，無(wú)法保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，故障停機(jī)檢修頻繁，運(yùn)行成本逐年增大。

2.3　2臺(tái)主變壓器

2臺(tái)主變壓器皆是老型號(hào)鋁線圈產(chǎn)品，能耗大，不符合節(jié)能的要求。變壓器線圈絕緣老化，電氣試驗(yàn)結(jié)果顯示數(shù)值超標(biāo)，不符合安全運(yùn)行的要求。變壓器容量偏小，不能滿足水電站技術(shù)改造后發(fā)電上網(wǎng)的要求。

2.4　10 kV和0.4 kV配電設(shè)備以及成套裝置

水電站10 kV側(cè)2臺(tái)高壓開關(guān)柜不符合五防功能的要求，屬于淘汰產(chǎn)品。400 V低壓系統(tǒng)主斷路器為DW10型架式空氣斷路器，短路斷流容量小，其操作機(jī)構(gòu)磨損嚴(yán)重，可靠性不高。站房電力聯(lián)絡(luò)、低壓開關(guān)柜與主變壓器電力連接全部采用的是單相多股黑皮線，其絕緣保護(hù)層嚴(yán)重老化，很容易引發(fā)接地故障?？刂?、保護(hù)及儀表的柜、屏銹蝕嚴(yán)重、設(shè)備陳舊、二次線絕緣老化。發(fā)電時(shí)采用暗燈并網(wǎng)裝置，手動(dòng)并網(wǎng)時(shí)間一般都在15 min左右，有時(shí)甚至達(dá)30 min，影響電站的發(fā)電效益。同時(shí)，非同期并網(wǎng)對(duì)機(jī)組沖擊較大，容易對(duì)設(shè)備造成損傷。機(jī)組運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置不能可靠工作，勵(lì)磁電流不穩(wěn)定，難以控制發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)。

2.5　土建方面

水電站4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組均等安裝在皂河閘的兩側(cè)(即東、西站房各2臺(tái))，值班地點(diǎn)在機(jī)組附近，很不安全且有嘈音，缺少單獨(dú)的值班室。西站房中水輪發(fā)電機(jī)組控制柜位于閘上交通橋下面；由于橋面長(zhǎng)期行車振動(dòng)產(chǎn)生的裂縫難于修復(fù)，遇雨天，雨水會(huì)自裂縫處直接滲漏到控制柜上，嚴(yán)重影響水輪發(fā)電機(jī)組的正常生產(chǎn)，也容易引發(fā)事故。2臺(tái)主變壓器的土建基礎(chǔ)面積狹小，且破損嚴(yán)重，不能滿足運(yùn)行巡視和維護(hù)檢修的要求。

基于水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)設(shè)備、勵(lì)磁裝置、電力線路以及土建設(shè)施等均存在一定的缺陷和問題，這些都需要通過(guò)技術(shù)改造或更換設(shè)備來(lái)解決。

3增容技術(shù)改造方案

針對(duì)水電站存在的諸多問題，結(jié)合上游駱馬湖水位抬高的機(jī)遇，主管單位江蘇省駱運(yùn)水利工程管理處通過(guò)組織現(xiàn)場(chǎng)考察、向相關(guān)廠家咨詢、會(huì)議研討、專家評(píng)估和方案比選，批準(zhǔn)實(shí)施了皂河閘水電站增容技術(shù)改造的方案：以先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)為依托，既充分利用原有可繼續(xù)利用的設(shè)施、設(shè)備，又積極采用新技術(shù)、新工藝、新材料和先進(jìn)設(shè)備，淘汰和更新已經(jīng)達(dá)到使用年限的水電站設(shè)備，優(yōu)化設(shè)計(jì)、重新配置、合理利用水力資源。

皂河閘水電站屬于低水頭小型水電站，站身是利用原空箱岸墻改造而建成，機(jī)組尺寸和裝置型式都受到很大制約。為了保證站身的強(qiáng)度和穩(wěn)定，本次技術(shù)改造中僅更新2臺(tái)主變壓器、4臺(tái)套水輪發(fā)電機(jī)組、2臺(tái)高壓開關(guān)柜、9臺(tái)低壓開關(guān)柜等設(shè)備；土建結(jié)構(gòu)原則上沒動(dòng)，僅對(duì)機(jī)墩等部分作了必要的處理，轉(zhuǎn)輪直徑仍為1.2 m，電氣一次接線方式仍保持不變，變壓器和控制屏的位置仍保持不變。筆者作為本次水電站增容技術(shù)改造的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人之一，組織實(shí)施了該水電站增容技術(shù)改造工作。

3.1　改造的主要項(xiàng)目

(1)更換4臺(tái)發(fā)電機(jī)。在進(jìn)行更換的同時(shí)增容，單機(jī)容量由100 kW擴(kuò)大到160 kW，拆除TSN型100 kW發(fā)電機(jī)，安裝SF160—6型160 kW發(fā)電機(jī)(見表1)。

(2)更換4臺(tái)水輪機(jī)。更換水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)葉、軸套、調(diào)速器等，并將葉片安放角由+10°調(diào)至+15°(見表2)。

(3)更換2臺(tái)10 kV升壓變壓器，采用低損耗的S9—400/10升壓變壓器取代能耗大的老型號(hào)SL—240/10升壓變壓器，單臺(tái)容量由240 kVA擴(kuò)大到400 kVA。

表1　改造后發(fā)電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)

表2　改造后水輪機(jī)銘牌數(shù)據(jù)

(4)更換2臺(tái)10 kV高壓開關(guān)柜(具備防止誤操作閉鎖裝置功能)以及高壓計(jì)量柜等。

(5)更換9臺(tái)低壓開關(guān)柜(屏)，其中包括4臺(tái)GGD3型發(fā)電機(jī)控制屏、2 臺(tái)GGD3型出線柜、2臺(tái)GGD3型輔機(jī)屏和1臺(tái)GGD3型所用電切換屏。

水電站400 V低壓系統(tǒng)主斷路器選用DW17(ME)型(操動(dòng)機(jī)構(gòu)為電動(dòng)機(jī)預(yù)儲(chǔ)能合閘型)新型號(hào)斷路器，取代DW10框架式空氣斷路器；安裝發(fā)電機(jī)過(guò)電流、過(guò)電壓保護(hù)裝置，安裝自動(dòng)并網(wǎng)裝置。

(6)增設(shè)東、西站房聯(lián)絡(luò)電力電纜、發(fā)電機(jī)與開關(guān)柜連接電力電纜、主變壓器與開關(guān)柜連接電力電纜，取代原單相多股黑皮線作為電力連接的方式。

(7)在東、西站房各新安裝1個(gè)溫控隔音值班室，改善了運(yùn)行人員的值班條件。

(8)對(duì)西站房中水輪發(fā)電機(jī)組控制柜頂層閘上交通橋裂縫進(jìn)行了慎重的修復(fù)處理，并在屏頂安裝了防護(hù)罩。

(9)按照10 kV升壓變壓器的運(yùn)行巡視和維護(hù)檢修的要求，進(jìn)行2臺(tái)主變壓器的土建基礎(chǔ)施工。

3.2　施工技術(shù)要求

(1)考察和購(gòu)置新設(shè)備，拆除淘汰或更新的舊設(shè)備。

(2)新設(shè)備就位、安裝、調(diào)試要符合規(guī)程、規(guī)范要求。

(3)電力電纜鋪設(shè)連接，其中：東、西站房之間聯(lián)絡(luò)VV23—3X185+1X95電力電纜采用沿閘上游翼墻布置，每1.5 m裝設(shè)1組線卡固定電纜；其他電纜鋪設(shè)符合增容改造圖紙標(biāo)明的要求。

(4)電氣試驗(yàn)、儀表效驗(yàn)、油化驗(yàn)數(shù)據(jù)符合規(guī)程規(guī)范要求，繼電保護(hù)整定值按實(shí)際調(diào)試確定。

(5)400 V系統(tǒng)低壓開關(guān)柜(屏)安裝基礎(chǔ)比原地面高程升高15 cm，為防止新舊混凝土連接強(qiáng)度差，預(yù)埋螺絲采用膨脹螺絲打入原地面。

(6)開關(guān)柜(屏)和基礎(chǔ)槽鋼之間采用電焊連接。

(7)按規(guī)程規(guī)范要求，經(jīng)過(guò)72 h試運(yùn)行。

3.3　概算總投資

概算總投資 149.75萬(wàn)元。

3.4　施工工期

施工工期 90 d。

4技術(shù)改造后的經(jīng)濟(jì)效益分析

皂河閘水電站實(shí)施增容技術(shù)改造，用先進(jìn)的設(shè)備取代陳舊的設(shè)備，增大了發(fā)電能力；用參數(shù)合理、匹配的先進(jìn)設(shè)備替代參數(shù)偏離的設(shè)備，改善了水輪機(jī)組的運(yùn)行工況，增加了年發(fā)電量；用先進(jìn)成熟的技術(shù)改造陳舊落后的設(shè)備，提高了設(shè)備的性能、可靠性和完好率，大大減輕了機(jī)組的檢修工作量。抓住上游駱馬湖蓄水庫(kù)容增加的機(jī)遇，提高了水輪機(jī)發(fā)電水頭，增加了發(fā)電量；合理改造東西站房及設(shè)備，改善了運(yùn)行條件和值班環(huán)境，提高了自動(dòng)化水平；合理調(diào)整水電站和機(jī)組的運(yùn)行方式，增加了年發(fā)電量。運(yùn)行管理單位注重抓好水電生產(chǎn)運(yùn)行管理和日常維護(hù)工作，健全安全生產(chǎn)組織網(wǎng)絡(luò)，崗位職責(zé)明確，管理制度落實(shí)，業(yè)務(wù)技術(shù)落實(shí)，不失時(shí)機(jī)發(fā)電創(chuàng)收，經(jīng)濟(jì)效益顯著。筆者為了量化技術(shù)改造的效果，特對(duì)水電站技術(shù)改造后連續(xù)10 a發(fā)電量作了統(tǒng)計(jì)(見表3)。

表3　增容技術(shù)改造后連續(xù)10 a發(fā)電量統(tǒng)計(jì)

從表3可知，水電站實(shí)施增容技術(shù)改造后，單機(jī)容量由100 kW增加到160 kW，總裝機(jī)容量由400 kW增加到640 kW，增加了60%。連續(xù)10 a平均發(fā)電量由改造前65萬(wàn)kW·h/年增至187.1萬(wàn)kW·h/年，10 a發(fā)電總量1 871萬(wàn)kW·h；按0.3元/kW·h計(jì)算，經(jīng)濟(jì)上創(chuàng)收561.3萬(wàn)元，年平均發(fā)電創(chuàng)收近60萬(wàn)元，與改造前相比年平均凈增效益近40萬(wàn)元。另外，減少機(jī)組檢修次數(shù)為發(fā)電贏得了更多的時(shí)間，減輕檢修工作量大大節(jié)省了檢修費(fèi)用，改造投資少、工期短、見效快、效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5結(jié)語(yǔ)

(1)皂河閘水電站從實(shí)際出發(fā)，優(yōu)化設(shè)計(jì)、重新配置、合理利用水力資源，積極采用新技術(shù)、新工藝、新材料和先進(jìn)設(shè)備，淘汰或更新了已經(jīng)達(dá)到使用年限的水電站設(shè)備，提高了水電站的技術(shù)水平和先進(jìn)性，提高了水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性，改善了職工值班環(huán)境，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到了增容技術(shù)改造的預(yù)期目標(biāo)。

(2)皂河閘水電站依托上游駱馬湖得天獨(dú)厚的豐富水資源，若再能通過(guò)科學(xué)合理的水情調(diào)度，延長(zhǎng)發(fā)電的時(shí)間，還可增加年發(fā)電量。另外,在發(fā)電期間水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)水口的攔污柵經(jīng)常被雜草等污物堵塞，加大了水頭損失，停機(jī)撈草清污增加了人工費(fèi)用，減少了發(fā)電出力，待引水系統(tǒng)設(shè)施進(jìn)一步完善后，還將會(huì)增加機(jī)組出力，年發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益將會(huì)得到更進(jìn)一步的提高。

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責(zé)任編輯吳昊

作者簡(jiǎn)介：韓宏舉(1956-)，男，工程師，主要從事水利工程建設(shè)施工、機(jī)電安裝、運(yùn)行管理等工作。

收稿日期：2015-06-30

E_mail：jssqhan@126.com