大灘水電站水輪發(fā)電機(jī)增容改造
大灘水電站水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行近20年，發(fā)電機(jī)定子線圈很多部位絕緣老化。根據(jù)電站水能參數(shù)和機(jī)組實(shí)際情況，通過詳細(xì)計(jì)算分析，可不改動(dòng)水輪機(jī)，僅對發(fā)電機(jī)作增容改造，采用增加發(fā)電機(jī)定子線圈導(dǎo)線截面，絕緣采用F級；而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子也不作改變出力由1000kW增至1250kW。改造后機(jī)組噪音、振動(dòng)、各部溫升均符合要求，投資省、時(shí)間短、發(fā)電損失少，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：水電站 水輪發(fā)電機(jī) 定子線圈 轉(zhuǎn)子 絕緣 經(jīng)濟(jì)效益
中圖分類號：TM312 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
大灘水電站裝機(jī)2×1000kW，為壩后式，并網(wǎng)運(yùn)行并起調(diào)峰作用。電站主要數(shù)據(jù)為：設(shè)計(jì)水頭8.2m，最大水頭10.5m，最小水頭6.8m，設(shè)計(jì)流量為15.2m3／s，所選用的水輪機(jī)型號為ZT820－LH－200，發(fā)電機(jī)型號為SF1000－28／2600，定、轉(zhuǎn)子繞組均為B級絕緣，發(fā)電機(jī)采用可控硅勵(lì)磁。自1990年12月并網(wǎng)發(fā)電。
1、發(fā)電機(jī)改造的理由 1）機(jī)組經(jīng)近20年的運(yùn)行，由于熱老化、電老化、機(jī)械老化等多種因素，使發(fā)電機(jī)定子線圈很多部位絕緣出現(xiàn)裂紋、磨損、松脆，槽楔和端部綁扎松動(dòng)等現(xiàn)象，嚴(yán)重危及機(jī)組安全運(yùn)行。
2）根據(jù)電站水位變化后的水能參數(shù)和機(jī)組的實(shí)際情況，通過對原水輪機(jī)詳細(xì)計(jì)算分析論證，在水輪機(jī)不變的情況下，能保證發(fā)電機(jī)容量從1000kW增容到1250kW?！?BR> 3）機(jī)組增容后可增加超發(fā)峰電的能力，提高峰電比例而獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益。
2、發(fā)電機(jī)增容改造方案
從電站實(shí)際情況和業(yè)主角度考慮，為了減短工期和盡量降低改造成本，選定的改造方案是不改變水工建筑物，不用更換水輪機(jī)。由于原來所配的輔機(jī)設(shè)備如調(diào)速器和靜止可硅勵(lì)磁裝置有足夠的余量，輔機(jī)部分也不變，所以整個(gè)方案只在改造定、轉(zhuǎn)子上考慮。
2.1、發(fā)電機(jī)定子的改造
要增加水輪發(fā)電機(jī)容量，就要對定子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。通過計(jì)算機(jī)軟件對發(fā)電機(jī)電磁參數(shù)進(jìn)行多方案計(jì)算比較，首先分析在不改變定子鐵芯結(jié)構(gòu)尺寸的前提下其磁路基本技術(shù)參數(shù)是否滿足增容的要求，按中、小容量發(fā)電機(jī)磁路技術(shù)參數(shù)要求，定子齒部磁通密度應(yīng)控制在1．55T以下；軛部磁通密度應(yīng)控制在1．40T以下，由電磁設(shè)計(jì)方案可知定子齒部磁通密度為1.522T，軛部磁通密度為1.32T，并且與原來磁路參數(shù)基本相同，因此可確定在不改變定子鐵芯結(jié)構(gòu)尺寸的情況下其磁路參數(shù)滿足增容的要求。
接著重點(diǎn)考慮定子繞組，原定子繞組采用耐熱等級為B級的環(huán)氧粉云母作為主絕緣，這種B級絕緣允許溫升為80K；現(xiàn)增容改造時(shí)采用F級桐馬環(huán)氧粉云母絕緣，F(xiàn)級絕緣允許溫升為105K，由此可增大熱負(fù)荷，從而可達(dá)到提高定子電負(fù)荷的目的。這就是說提高發(fā)電機(jī)的容量可通過提高電負(fù)荷和增加導(dǎo)體截面積來實(shí)現(xiàn)。由于原發(fā)電機(jī)定子槽內(nèi)有一定空隙且原絕緣厚度稍厚，線規(guī)截面可由原來的1.9mm×3.55mm擴(kuò)大到2mm×3.55mm，絕緣采用F級，定子溫升由原來的41.7K增加到64.2K，而F級絕緣允許溫升為105K，則定子溫升的裕度有40.8K，可知溫升合理，比較可靠。
2.2、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的改造
在作完定子的改造以后，還要對轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組作分析處理。由電磁設(shè)計(jì)方案可知，轉(zhuǎn)子溫升由原來的55.6K增加到70.K，而B級絕緣允許溫升為90K，則轉(zhuǎn)子溫升的裕度有20K，可知運(yùn)行還是比較可靠的，因此本機(jī)的增容改造采取不改動(dòng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和勵(lì)磁繞組，以達(dá)更進(jìn)一步減短工期和降低改造成本。但我們建議電站最好能將功率因數(shù)cosφ＝0.8（滯后）提高到cosφ＝0.85（滯后）下運(yùn)行，增大有功輸出，限制勵(lì)磁電流過高，可進(jìn)一步控制轉(zhuǎn)子繞組溫升。
2.3、改善水輪發(fā)電機(jī)的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)
?。?）適當(dāng)加長、加寬原裝風(fēng)扇扇葉，增大風(fēng)力，產(chǎn)生足量的風(fēng)量風(fēng)力以加強(qiáng)灌入兩磁極之間進(jìn)行散熱。。
（2）改變擋風(fēng)板尺寸和形狀，使風(fēng)路中循環(huán)空氣分布更均勻合理，把冷卻氣流導(dǎo)向定子和轉(zhuǎn)子需要冷卻散熱的部位。
2.4、徹底清洗水輪發(fā)電機(jī)其他零部件。對定子鐵芯中的塵埃應(yīng)進(jìn)行清理，對通風(fēng)冷卻大有好處。清洗檢查零部件的過程中發(fā)現(xiàn)裂紋和其他缺陷的，進(jìn)行修補(bǔ)或更換。并做好增容改造后的整機(jī)、部件的檢查和試驗(yàn)工作。
2.5、水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行增容改造后，由于機(jī)組容量增大，其電磁轉(zhuǎn)矩勢必增加。因此，必須對發(fā)電機(jī)的相關(guān)部件如轉(zhuǎn)軸、磁軛、磁極“T”尾、機(jī)座、定子鐵芯等的強(qiáng)度進(jìn)行重新核算。經(jīng)核算這些零部件的應(yīng)力都在許可范圍內(nèi)。
3、發(fā)電機(jī)改造的工藝要點(diǎn)
1）考慮舊鐵芯的因素，磁負(fù)荷增容前后基本保持不變，并且嵌新線圈前進(jìn)行定子鐵損及溫升試驗(yàn)，利用專門工藝處理齒頂?shù)炔课痪植慷搪伏c(diǎn)，使鐵芯無短路，不增加損耗來使溫升增加。
2）定子鐵芯、線圈均經(jīng)防電暈處理，保證了整機(jī)在國標(biāo)規(guī)定的起暈電壓下試驗(yàn)，無電暈，延長了機(jī)組的使用壽命。
3）定子線圈采用二次模壓二次整形工藝，不但線圈兩邊主絕緣均勻、密實(shí)，整體耐電壓水平提高，且線圈一致性好，有利于通風(fēng)。
4）定子下線用的所有綁扎材料均采用目前大電機(jī)上采用的材料，具有綁扎牢固、通風(fēng)好、不易老化等優(yōu)點(diǎn)。
5）定、轉(zhuǎn)子整機(jī)耐壓試驗(yàn)均按新機(jī)組國標(biāo)規(guī)定的要求試驗(yàn)，一次通過。
4、改造效益
通過改造后機(jī)組在1250kW工況下長期運(yùn)行，機(jī)組噪音、振動(dòng)、各部溫升等均符合要求，最大出力可達(dá)1280kW。
1）改造工期短，投資省。前后改造時(shí)間只用20多天就完成。
2）改造后的機(jī)組可增加500kW的負(fù)荷能力，可減少電網(wǎng)高峰時(shí)對用戶的限量及增強(qiáng)供電可靠性和調(diào)峰能力。
3）本次2臺發(fā)電機(jī)等電氣設(shè)備改造總計(jì)費(fèi)用在60萬元以內(nèi)，按運(yùn)行2000h計(jì)，增容共500kW，增容部分電價(jià)按0.40元／kW·h計(jì)，每年可增加發(fā)電收入40萬元，只需一年多一點(diǎn)時(shí)間就可以收回全部投資。另外發(fā)電機(jī)、變壓器等改造后，每年的大修費(fèi)用和停產(chǎn)損失大大減少。
5、總結(jié)
從大灘電站發(fā)電機(jī)改造過程和改造后發(fā)揮效益來看，可總結(jié)有以下幾點(diǎn)：
1）對于運(yùn)行多年的水輪發(fā)電機(jī)組，要使其更好地發(fā)揮作用和提高出力，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益，對其進(jìn)行更新改造，使其充分發(fā)揮現(xiàn)有的潛力，是一個(gè)行之有效的途徑。
2）機(jī)組改造有它的特殊性，在改造前必須做許多仔細(xì)的分析和測量工作，必須制訂好切實(shí)可行的改造方案，這樣不僅節(jié)省了投資，而且成功率高、時(shí)間短，發(fā)電損失少。
3）國內(nèi)許多電站的水輪機(jī)運(yùn)行情況較好，而且可超出力運(yùn)行的情況多，但發(fā)電機(jī)老化嚴(yán)重，不能滿足水機(jī)超出力運(yùn)行，有的甚至只能在額定負(fù)荷以下運(yùn)行。若電站改造資金緊張，可先改造發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生效益后再考慮大修或改造水輪機(jī)。
4）政府有關(guān)部門應(yīng)從政策上來鼓勵(lì)老電站的改造，保證電站有利可圖，只有這樣就可使更多的老電站走出設(shè)備老化嚴(yán)重、事故頻率高和經(jīng)濟(jì)效益差的困境。
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