白溪关水电站增容及改造的实现

杨祖煊

（古丈县水电经营管理站，湖南 湘西 416300 ）

白溪关水电站位于古丈县西北部断龙山乡境内，涂乍河下游滴水潭上，距古丈县城37km，是一个引水式电站。水库坝址以上控制集雨面积490km2，总库容1720万m3；电站最大水头40m，额定水头28m，最小水头15m，单机引用流量5.8m3/s。安装4台水轮发电机组，单机容量1250 kW，总装机容量5000 kW，设计年发电量2293万kWh。该工程于1976年审批立项，同年10月破土动工，1982年10月1#、2#机组投产运行，1985年5月3#机组投产运行，1993年5月4#机组投产运行。电站上游11 km处，建有保靖县长潭电站，水库库容920万m³，装机1790kW。本文就白溪关水电站增容及改造的实现及效果予以论述。

一、电站增容及改造的缘由

白溪关水电站是古丈县唯一总装机超过500 kW的电站。不仅担负着全县37%的用电负荷，还担负着向古丈县断龙山乡农村代燃料用户供电的重要责任。该电站是古丈县工业企业赖以生存的条件和基础，更是全县扶贫攻坚、脱贫致富、发展经济的支柱。

由于电站建设年代早，又是一个三边工程，受当时资金和技术条件的限制，造成了电站设计和选用的设备存在一些缺陷。原选用的机电设备技术落后，自动化程度低，能耗大，许多设备已为淘汰产品，厂家停止生产，设备检修时无法买到零配件，给运行维护带来很大麻烦。加之运行二十年来，机组机械磨损、设备绝缘老化现象严重，水工设施不同程度损坏，电站的综合发电能力日趋下降，特别是1#、2#、3#机组老化相当严重，已不能正常运行，致使机组频繁停运检修，弃水增大，出力下降，发电量逐年下滑。近十年来发电量一直徘徊在1700万kWh左右，距设计年发电量2293kWh的水平相差甚远。远远无法满足县城和近区的供电。

为了进一步加快古丈县的经济发展，保证电站安全稳定运行，提高经济效益，在改造水工设施的同时，改造电站机电设备，选用科技含量高、性能好的设备以增强电站自身造血功能，夯实电站发展后劲，是十分必要也是十分迫切的。

二、电站增容及改造的方案

为选择最适合白溪关水电站增容及改造的方案，我们一方面大量搜集国内类似电站（赋石电站、皎口电站等）改造的技术资料，一方面组织了由州、县水利部门、设计单位和电站的技术人员组成的队伍到与白溪关电站情况基本一样的铜山源电站实地考察。同时结合白溪关电站高水头（30～ 40m）运行时间较长（约占80%）、丰水期弃水较多的实际情况，最终确定白溪关水电站增容及改造总体方案为：输水管道和机组土建部分不变，更换水轮机转轮及发电机定子、转子线圈，提高发电机绝缘等级，由B级提高到F级，改造调速器，单机容量由1250kW提高到1600kW，总装机容量由5000kW提高到6400kW，改造电气一、二次部分，提高自动化水平。

1、主要设备选择

（1）水轮发电机组：推荐选用HL（A703）-LJ-100更换HL263-LJ-100水轮机配发电机TS215/36-16机组机型。

（2）调速器：采用局部改造方案。即保持原有的油压装置及接力器部分，电气部分采用可编程微机调节器，机构部分采用全数字逻辑式机构液压系统。

（3）水力机械辅助设备及自动化：机组顺控采用可编程控制，控制保护采用常规监控系统，继电保护采用微机保护。

2、电气主接线

发电机母线侧采用单母线分段，35kV侧采用单母线接线。新增一台S9-6300/35双圈变压器与1#、2#、3#发电机构成单母线，利用一台SL7-3150/35双圈变压器与4#机单机单变接线，6.3kV侧采用断路器分段，以利运行和检修。

3、电气设备布置

电气设备布置因地制宜，在不变动原工程地形和副厂房土建结构的基础上，将原露天式主变压器场改建为半敞开式分层布置，即下层为半敞开式的35kV主变室，上层为35kV户内配电室。6.3kV配电室、中控室、励磁室、蓄电池室等其他位置保持基本不变。

三、电站增容及改造的实施及效果

1、实施过程

白溪关水电站增容及改造分两期实施，主要设备实行公开招投标采购。2002年至2004年完成了1#、2#、3#水轮发电机组的增容和励磁、测温制动及调速器改造。主要改造内容为：水轮机转轮由原HL263-LJ-100更换为全不锈钢HLA702-LJ-98转轮，水轮机密封由原单层橡胶平板密封更换为液压端面密封，设置空气检修围带检修密封，导水机构进行彻底处理即对导叶间立面、导叶与顶盖、底环间端面进行修补，上、下轴套更换为铜套加四氯乙烯内衬，上、下抗磨板更新为不锈钢材料；发电机更换定、转子线圈，转子线圈由原扁铝带更换为扁铜带，定子、转子绕组绝缘由原B级提高到F级，改进发电机通风冷却系统，推力瓦由原巴氏合金更换为弹性塑料瓦，测温元件改用pt100铂电阻；励磁装置由原KGLF-21F可控硅三相半控桥式自复激励磁系统更换为WJL-65型PLC微机自并激三相全控桥式晶闸管整流励磁系统；采用新的“O”型密封气回复制动器并改进相应管路系统，转速信号装置采用LZX-3A电脑逻辑型装置；调速器由原X（Y）T-1000型机械液压式更换为BWT-1000型步进式微机调速器等。

2、实施效果

白溪关水电站总装机容量现为6050kW，增加1050kW，年增发电量250万kWh。在近几年的运行过程中，单机最大出力由原来的1600kW提高到1900kW，单机单月发电量最大曾达120万kWh（2003年5月），创历史最高。丰水期来水得到充分利用，减少了电站弃水量，既提高了水能资源的利用率，又提高了电站自身经济效益。

（1）水轮机出力、效率均有明显改善。水轮机额定出力由原1330kW提高至1710kW，增加28.6%，水轮机额定工况点效率由原83.5%提高至89.3%，提高5.8%。同时，水轮机转轮及上、下抗磨板采用了不锈钢材料，大大增强了水轮机的机械性能，较之原来更耐蚀、耐磨，降低了因气蚀和空蚀可能导致的损坏水轮机过流部件、破坏水流正常流动出现的能量损失增加和水轮机振动、噪声增强等不良后果。

（2）发电机整体性能明显改善。发电机新型号为SF-J1600-16/2150，额定功率由原1250kW提高至1600kW，增加28%，额定效率＞94.5%。一是发电机定子周围增加了6个通风口，转子两端加大了风扇叶，转子线圈间新增了8个通风孔，并在转子内侧加了4片导风叶，风向由导风叶经转子通风孔直接向转子线圈、定子线圈和铁芯吹风散热。使发电机定子线圈由原上、下通风冷却变成了上、中、下三个方向同时通风冷却，大大改善了发电机的散热条件，降低了温升，与未改造的机组比较，有明显手感区别。二是推力瓦由原巴氏合金瓦更换为弹性塑料瓦，不仅增强了推力瓦的耐磨性，开机前不必顶转子，缩短了开机时间；而且能在低转速下长时间运行不致升温，机组轴承温度在同等条件下低了10℃左右，极大的提高了机组运行的可靠性。

（3）改造后的调速器，提高了自动化程度，装置更简单、卫生。取消了原有的开限机构和杠杆连接机构以及飞摆电机、引导阀等部件，原需人工手动操作的开停机和增减负荷等过程，变成在“触摸屏”上直接点击即可顺利完成一系列的开停机调节过程，操作简便快捷易行、灵敏度高。

（4）改造后的励磁装置采用PLC微机自并激励磁装置，取消了原有的变流器，既减少了元件，又使接线更清楚、简单整洁，还有利于通风散热。励磁屏上的显示器实时显示工况，做到了重要数据实时显示、修改和永久性保存。通过PLC微机自带的RS-485通讯口，可在上位机读出微机的各变量及I/O接口状态，修改各种控制数据，控制励磁装置的运行。也可在励磁屏上直接操作，在运行操作过程中如出现故障，能方便地通过显示器，直接读出故障和问题出现部位，有利于操作人员和维修人员直接处理当前所示故障。本装置很好地解决了原来运行中无功功率不足的问题，较之原装置更先进、更适用。

四、结束语

从白溪关水电站增容及改造的实现可以清楚的看出：水电站增容及改造具有技术简单、工程量小、建设周期短、见效快等到优点。增容及改造工程的实施既能增加电站发电量，提升经济效益，又能够提升电站的综合自动化水平和高科技含量；可减轻电站运行、检修人员的劳动强度，提高工作效率，还能促进员工加强学习，提高电站生产、管理人员的综合业务素质，延长机电设备的使用寿命；同时降低了机电设备的能耗，保证了电站安全、稳定、经济运行。

白溪关水电站增容及改造工程虽未全部完成，仍有一些问题未得到解决，但通过上述分析可以看出，已改造的部分总体是成功的，效果是良好的。这为电站下一步进行全面改造和全县其他小水电站进行增容及改造积累了经验，起了个好头。也为我县小水电站全面建成微机综合自动化系统，达到“无人值班、少人值守”打下了坚实的技术基础。

[1] 黄美胜. 凉头水电站增容改造分析[J]. 中国水能及电气化, 2008.

[2] 向绍红. 岳虎滩水电站增容改造[J], 中国水能及电气化, 2008.