英公水庫一級電站發(fā)電機(jī)增容改造
英公水庫一級電站機(jī)組運(yùn)行近20年，電氣設(shè)備嚴(yán)重老化。電站根據(jù)水能參數(shù)和機(jī)組實(shí)際情況，通過詳細(xì)計算分析，決定對發(fā)電機(jī)作增容改造，從兩個方案對比，選用增加發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子線圈導(dǎo)線截面，絕緣采用F級，出力由500kW增至630kW。改造后機(jī)組噪音、振動、各部溫升均符合要求，投資省、時間短、發(fā)電損失少，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。表1個。
【主題詞】 小型水電站 水輪發(fā)電機(jī) 定子 轉(zhuǎn)子 絕緣器件 改良措施 經(jīng)濟(jì)效益
英公水庫一級電站位于臨安市于潛鎮(zhèn)英公潭村，距于潛鎮(zhèn)12km，處于水庫大壩下游右岸，從水庫經(jīng)壩內(nèi)輸水洞和壓力鋼管引水發(fā)電。電站裝機(jī)2×500kW，機(jī)組為廣西柳州生產(chǎn)，水機(jī)型號HL240－WJ－59，發(fā)電機(jī)型號為TSWN－500／8，發(fā)電機(jī)采用交流勵磁機(jī)無刷勵磁。設(shè)計年均發(fā)電量393萬kW·h，年利用小時3930h。自1981年12月并網(wǎng)發(fā)電之后的實(shí)際年均上網(wǎng)發(fā)電量為350萬kW·h，有效電量系數(shù)0．9。
1 發(fā)電機(jī)改造的理由
1）機(jī)組經(jīng)近20年的運(yùn)行，電氣設(shè)備嚴(yán)重老化，如發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子線圈采用的是老式絕緣，運(yùn)行年久，由于熱老化、電老化、機(jī)械老化等多種因素，使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等現(xiàn)象，嚴(yán)重危及機(jī)組安全運(yùn)行。主變損耗大，老化也較為嚴(yán)重。
2）英公水庫防洪任務(wù)要求梅汛期控制水位為164m，溢流堰頂高程為167m，根據(jù)水庫歷年運(yùn)行情況分析，水庫汛期水位有約3個多月運(yùn)行于162m～166m之間，即凈水頭30．5m～34．5m，而HL240－WJ－59水輪機(jī)在HP＝28m時出力就能達(dá)到500kW，在32m時可達(dá)630kW。由于受發(fā)電機(jī)出力限制，每年一半以上運(yùn)行時間有大量棄水，浪費(fèi)能源。
3）今后電力部門將加強(qiáng)對電機(jī)的調(diào)度力度，對有水庫的電站將列入電力部門直接調(diào)度范圍。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)改造方案
2．1 發(fā)電機(jī)增容改造方案
根據(jù)電站的水能參數(shù)和機(jī)組的實(shí)際情況，通過對原水輪機(jī)詳細(xì)計算分析，我們初步提出了擬將兩臺500kW發(fā)電機(jī)增容到630kW的要求，并通過對有關(guān)廠家實(shí)際考察，于1999年6月委托富春江電機(jī)電器修理廠對發(fā)電機(jī)增容改造進(jìn)行可行性分析，確定方案后實(shí)施改造?！ ?BR style="PADDING-BOTTOM: 0px; MARGIN: 0px; PADDING-LEFT: 0px; PADDING-RIGHT: 0px; WORD-WRAP: break-word; PADDING-TOP: 0px"> 通過計算機(jī)軟件對發(fā)電機(jī)進(jìn)行了多方案比較，認(rèn)為方案一，方案二均可選擇。方案一：由于老機(jī)組定子槽內(nèi)有一定空隙且老絕緣厚度厚，再加上取消副繞組，線規(guī)截面由原來的1．81mm×6．4mm擴(kuò)大到2mm×7．5mm比原機(jī)組增加30％，出力在600kW定子溫升與原機(jī)相同。轉(zhuǎn)子線圈利用舊線再另加3匝新線，其溫升為76．6℃。雖費(fèi)用略低些，但出力只能600kW，轉(zhuǎn)子溫升也偏高。方案二：定子線圈尺寸與方案一相同。絕緣采用F級，轉(zhuǎn)子線圈更新為2mm×27mm。匝數(shù)增加2匝，截面增加26％，也采用F級絕緣，出力630kW時，定子溫升51．1℃，轉(zhuǎn)子溫升66．05℃。通過綜合分析，方案二單位千瓦投資少，且溫升合理，比較可靠。我們選擇方案二實(shí)施改造。
2．2 發(fā)電機(jī)改造要點(diǎn)
1）在電磁計算中，我們考慮舊鐵芯的因素，磁負(fù)荷增容前后保持不變，并且進(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，溫升符合增容改造要求。
2）熱負(fù)荷隨出力增加而增加，在630kW時熱負(fù)荷增加22．6％，但通過擴(kuò)大定子轉(zhuǎn)子線規(guī)截面和采用F級絕緣，使改造后定轉(zhuǎn)子繞組溫升滿足要求，并留有較大的裕量。
3）定子鐵芯、線圈均經(jīng)防電暈處理，保證了整機(jī)在國際規(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。
4）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)。
5）轉(zhuǎn)子線圈原采用B級云母帶隔匝間結(jié)構(gòu)，匝間絕緣不可靠，側(cè)面散熱能力差，改造后線圈采用的F級環(huán)氧玻璃坯布熱壓而成，具有耐溫高、不易老化、匝間耐壓高、散熱好和粘接力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
6）定子下線用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)。定子下線后采用整體浸漆工藝。
7）轉(zhuǎn)子線圈對地絕緣采用上下端面90°翻邊結(jié)構(gòu)，有效阻止了今后機(jī)組長期運(yùn)行中灰塵、油污進(jìn)入鐵芯與線圈之間，同時也大大增加了對地爬電距離。
8）定、轉(zhuǎn)子整機(jī)耐壓試驗(yàn)均按新機(jī)組國際規(guī)定的要求試驗(yàn)，一次通過。
3 其他改造
1）取消交流勵磁機(jī)，采用靜止可控硅勵磁。
2）原1250kVA主變更新為1600kVA主變。
3）互感器、繼電保護(hù)及線路改造。
4 改造效益及體會
4．1 改造效益
通過改造后機(jī)組在630kW工況下長期運(yùn)行，機(jī)組噪音、振動、各部溫升等均符合要求。最大出力可達(dá)650kW。本次2臺發(fā)電機(jī)等電氣設(shè)備改造總計費(fèi)用在50萬元以內(nèi)，按運(yùn)行2000h計，增加260kW，增容部分電價按0．45元／kW·h計，每年可增加發(fā)電收入23．4萬元，只需2年多一點(diǎn)時間就可以收回全部投資。另外發(fā)電機(jī)、變壓器和勵磁機(jī)等改造后，每年的大修費(fèi)用和停產(chǎn)損失大大減少。
4．2 幾點(diǎn)體會
從英公一級電站發(fā)電機(jī)改造過程和改造后發(fā)揮效益來看，我們最深的體會有以下幾點(diǎn)。
1）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、時間短，發(fā)電損失少。
2）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)。
3）電站改造必須爭取多方支持，有關(guān)部門必須從政策上來鼓勵老電站的改造，保證電站有利可圖，特別是在新電新價政策上應(yīng)給予更多的優(yōu)惠。只有這樣才能使許多老電站走出設(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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