張盛陽，孫見波，樓天宇

(1.東陽市橫錦水庫管理局，浙江　東陽　322119；2.杭州亞太水電設備成套技術有限公司，浙江　杭州　310012；3．水利部農村水電工程技術研究中心，浙江　杭州　310012)

橫錦一級電站3號機組增效擴容工程技術方案分析

張盛陽1，孫見波2，3，樓天宇1

(1.東陽市橫錦水庫管理局，浙江東陽322119；2.杭州亞太水電設備成套技術有限公司，浙江杭州310012；3．水利部農村水電工程技術研究中心，浙江杭州310012)

1工程概況

橫錦水庫一級電站位于浙江省中部，水庫大壩高達57.5 m，總庫容2.808 5億m3，設計正常蓄水位164.2 m，相應庫容1.82億m3。電站裝機4臺，總裝機容量為9 750 kW，其中3號機組為結合防汛備用電源所建，可為東陽城區(qū)保障供水；是連續(xù)放水發(fā)電的獨立機組，所發(fā)電力并入系統(tǒng)帶基荷連續(xù)運行，也可在系統(tǒng)停電時做廠用電源，94年投入運行。3號機組一次系統(tǒng)的設計即考慮到低壓直配向庫區(qū)送電，同時也可以按照運行布置升至35 kV與系統(tǒng)并列運行，這樣在汛期高水位也能充分發(fā)揮設備潛力，增加經濟效益。

3號機組原裝機容量500 kW，設計水頭38 m，設計流量1.84 m3/s。電站設計年利用小時3 300 h，設計年發(fā)電量165萬kW·h。由于效率不好，年發(fā)電量只有124萬kW·h。

水輪機型號為HL240—WJ—50A，最大使用水頭45 m，使用水頭30～40 m，出力425～654 kW,轉速750～1 000 r/min，流量1.7～1.96 m3/s,飛逸轉速2 400 r/min。機組為金華水輪機廠1993年10月生產制造。

發(fā)電機型號為SFW 500—6/850，額定功率因數0.8，額定電壓0.4 kV，額定電流902 A，臥軸結構，額定頻率50 Hz，轉速1 000 r/min，飛逸轉速2 400 r/min，額定出力500 kW。機組為臨海電機廠1993年6月生產制造。

2增容方案分析

2.1機組布置形式

該電站的布置形式可以采用電站改造2支點和4支點2種方案，2種方案各有優(yōu)點：2支點布置緊湊，4支點布置機組運行穩(wěn)定。機組的水推力3.2 t，采用滾珠組合軸承具有較大風險，而采用滑動軸承成本較高。鑒于電站的軸承座、大軸等部件維護較好，為了節(jié)省電站改造成本，結合多座電站的調研，采用了4支點布置形式，保留原來的軸承座和水輪機大軸(見圖1)。

2.2水輪機方案

2.2.1水輪機選型

轉輪是水輪發(fā)電機組的心臟，水輪機選型正確是電站改造成功的關鍵，而僅僅改造轉輪也可實現(xiàn)電站增容效果。通過調研，有多座電站因水輪機選擇不當，未到達增效擴容的目的。因此，水輪機選型要結合電站調研進行合理的分析。

3號機組原水輪機采用HL240型轉輪，系從蘇聯(lián)引進。隨著設計水平的提高，HL240轉輪的效率、空化系數等技術參數已經落后，逐步被淘汰。目前該水頭段的水輪機新型號比較多，可供選擇的優(yōu)秀轉輪有A551、PO820、HL360D等。經過調研多座改造電站的效果，A551型號轉輪效率高，空化性能好，運行區(qū)合理，選為電站改造的水輪機型號。

圖1機組布置示意

2.2.2水輪機改造方案

原電站的蝸殼維護較好，而且蝸殼制造的工期較長，因此改造工程保持蝸殼不變。而轉輪、尾水管、導水機構等部件磨損較嚴重，特別是轉輪空蝕嚴重，經過多次補焊，葉片型線變形嚴重，降低了電站效率。改造工程技術方案保持蝸殼不變，更換轉輪、尾水管、導水機構等部件。為了提高抗空化性能，轉輪和尾水管進口段采用不銹鋼材料。

2.2.3水輪機技術參數

改造后的水輪機型號為HLA551—WJ—50，轉輪直徑500 mm，額定轉速1 000 r/min， 額定水頭36 m，額定出力541 kW，額定流量1.75 m3/s，效率 ≥92.5%。

2.3發(fā)電機方案分析

發(fā)電機為臥式采用整體組裝結構形式，結合分析[1]，采用了無刷勵磁方式，發(fā)電機配置勵磁發(fā)電機，降低了改造成本，并提高了機組的運行可靠性。

發(fā)電機采用三相交流無刷同步發(fā)電機，主要由主發(fā)電機、旋轉整流模塊、交流勵磁機3部分組成。同時，為實現(xiàn)機組自動控制，低壓機組一體化屏配置無刷勵磁裝置，該裝置主要由1個內置固態(tài)電路及其外部元件組成1個整體的箱子，體積小、重量輕、安裝維修方便，使用簡單可靠，通用性強；特別適合于安裝在發(fā)電機控制屏上，為大幅減小發(fā)電機現(xiàn)場調試服務及提高機組的整體性提供了條件。

改造后的發(fā)電機型號為SFW500—6/850，額定電流902 A，額定電壓400 V，功率因子0.8，額定轉速1 000 r/min，效率≥92.5%。

2.4變壓器改造

原來型號為S7—630變壓器，由于變壓器漏油、損傷、絕緣老化嚴重，且已被列為淘汰產品，需要報廢更換；改用為先進的低能耗的S11—630/6.3型變壓器，接線方式采用D, YN011，提高了設備的抑波能力。

2.5電站自動化分析

3號機組裝機容量1×500 kW，一機一變單元接線，一回6.3 kV電壓等級出線。電站采用自動化監(jiān)控模式，配置微機測量、控制、保護設備，實現(xiàn)機組控制自動化。

根據水電站實際情況以及設計要求，以自動控制為主、常規(guī)監(jiān)控為輔的原則，采用了分層分布式結構的水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，由自動控制系統(tǒng)(現(xiàn)有)、當地控制單元、水輪機微機調速器、無刷勵磁裝置等4部分組成。

當地控制單元共有3套，1套為3號機組現(xiàn)地控制LCU(低壓機組一體化屏，含無刷勵磁裝置)，

1套為機組測溫制動屏(氣剎，不獨立配置氣源)，1套為調速器(原有保留)。

電站安裝視頻圖形系統(tǒng)，提升了運行管理的能力。

3改造效果

2015年3月 21日，完成了72 h試運行。1年來的運行實踐表明：3號機組報廢重建及增效擴容工程設計合理，新設備滿足規(guī)范和合同要求，施工質量合格，達到預期目的，電站具備“無人值班(少人值守)”運行條件。

參考文獻：

[1]舒靜.小型水電站更新改造適用技術探討[J].小水電,2011(5):57_59.

[2]徐偉.壺源江水電站1 號機組的增容改造[J].小水電,2013(5):72_73.

[3]李世明.東方紅水庫1 號電站增容改造方案和實施經驗[J].小水電,2013(5):69_71.

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責任編輯吳昊

收稿日期：2016-03-10

基金項目：國家科技支撐計劃課題(2012BAD10B01)

作者簡介：張盛陽(1976-)，男，助理工程師，主要從事水電站檢修和運行管理工作。

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