峡山水电站机组改造方案比选

谭林照，岳永起 ，郭绍春

（1.潍坊市峡山水库管理局，山东 潍坊 261325；2.山东省水利勘测设计院，山东 济南 250013）

峡山水电站位于峡山水库主坝北首，水能开发形式属梯极开发。一级水电站为河床式，1960年12月建成，安装2台650 kW和1台500 kW水轮发电机组；二级水电站为明渠引水式，1970年12月建成，安装4台200 kW和1台75 kW水轮发电机组，1994年增建1台650 kW水轮发电机组。两电站总装机容量3 325 kW，设计年发电量750万kW·h，年平均发电量450.5万kW·h。2008年最高发电量达1 084万kW·h。工程投产运行至今，实现发电量1.9亿kW·h，为促进当地库区发展，发挥了较好的经济效益和社会效益。

1 水电站存在的问题

峡山水电站建于上世纪60、70年代，发电机效率低，绝缘等级低，老化严重。水轮机性能落后，经多年运行，水轮机转轮空蚀、锈蚀严重，虽几经修补处理，空蚀情况难以消除，导致整个机组效率低、振动大、出力少，效益得不到有效发挥。且设备已超过报废年限，生产运行存在较大安全隐患。变压器型号为SJL铝芯油浸自冷式，损耗高；3.15 kV高压配电装置为GG-1A型高压柜，无防护措施，柜内使用SN10-630少油断路器，多数电气一、二次设备已列为国家公布的淘汰产品目录，经多年运行，故障频发，维修零部件无处购置。

2 原水电站机组装机情况

一级水电站设计流量42 m3/s，设计水头6.5 m，最高水头8.9 m。原装机3台ZD510-LH-180型水轮机，配套2台650 kW和1台500 kW的TS284/19-32型同步发电机，额定转速187.5 r/min，额定电压3 150 V，自并激励磁方式，调速器采用XT—1 000。

二级水电站设计流量42 m3/s，设计水头4.5 m，最高水头5.0 m，最低水头2.0 m。原装机4台ZD760-LM-120型水轮机，配套4台200 kW的TS173/17-24型同步发电机，额定转速250 r/min，额定电压400 V，自并激（它励）励磁方式，电动涡轮蜗杆调速器。为与一级水电站流量匹配，后续另装75 kW和650 kW水轮发电机组各1台。

3 改造方案

3.1 一级水电站机组改造

3.1.1 方案一：更换水轮机

将原有3台水轮机更换为ZDJP502－LH－180型新水轮机，叶片采用0Cr13Ni4Mo不锈钢材质，转轮直径1 800 mm；原发电机更换为SF750-32/2840型发电机，发电机额定容量750 kW；励磁方式改为可控硅励磁；调速器改为YWT-1 000-G型组合式微机调速器，全部采用PLC控制，实现自动调节和控制，具有安全保护功能，其高压油系统能同时满足停机刹车要求。改造后电站装机3×750 kW，发电流量41.73 m3/s。机电设备投资342万元。优缺点是：整机更换，机组容量扩大，机组效率高，性能好；投资大。

叶轮直径同原机组，机组外壳部位土建作相应改动。

3.1.2 方案二：更新机组转轮

将原水轮机转轮更换为ZDJP502－LH－180型水轮机转轮，叶片采用0Cr13Ni4Mo不锈钢材质；按SF750-32/2840型发电机更换原发电机定子和转子线圈，发电机额定容量750 kW；励磁方式改为可控硅励磁；调速器改为YWT-1000-G型组合式微机调速器调。电站装机3×750 kW，总发电流量41.73 m3/s。机电设备投资117万元。优缺点是：主要部件更换，机组容量扩大；效率和性能相对差一点；投资较省。机组外壳等不动，土建不改动。

3.1.3 方案比选

从两个方案分析比较可知，方案二亦能达到增效扩容目的，虽然机组效率和性能相比方案一差一点，但机电设备投资节省225万元，根据电站目前实际情况，为节省投资，经综合比较，选用方案二更换水轮机叶轮和发电机定子、转子线圈方案。

3.2 二级水电站机组改造

3.2.1 方案一：更换水轮机

将原有4台ZD760-LM-120型水轮机更换为ZDT03－LM－120型水轮机，叶片采用0Cr13Ni4Mo不锈钢材质；原200 kW发电机更换为SF250-24型发电机，发电机额定容量250 kW；励磁方式改为可控硅励磁；调速器改为YWT-600-G型微机控制调速器。原1台ZD760-LM-80型水轮机更换为ZDT03-LM-80型水轮机，原75kW发电机更换为SF100-8型发电机，额定容量100 kW。机电设备投资169万元。优缺点是：整机更换，机组容量扩大，机组效率高、性能好；投资较大。明流式水轮机更换方便，叶轮直径同原机组，土建改动少。

3.2.2 方案二：更换水轮机叶轮

将原有4台水轮机叶轮更换为ZDT03－LM－120型水轮机叶轮，叶片采用0Cr13Ni4Mo不锈钢材质；用SF250-24型发电机更换原发电机定子和转子线圈，发电机额定容量250 kW；励磁方式改为可控硅励磁；调速器改为YWT-600-G。将原ZD760-LM-80型水轮机转轮更换为ZDT03-LM-80型水轮机转轮，用SF100-8型发电机更换原发电机定子和转子线圈，额定容量100 kW。机电设备投资99万元。优缺点是：主要部件更换，机组容量扩大；原设备质量差，改造困难，机组性能差；投资较省。叶轮直径同原机组，水轮机叶轮更换方便，土建不动。

3.2.3 方案比选

从两方案分析比较可知，方案二虽也能达到增效扩容目的，但因原设备制造质量差，已达报废程度，改造困难，改造后效果差；方案一仅比方案二投资多70万元，但整机更换后，不但达到扩容目的，而且机组效率高、性能好，使用寿命长，本站为明流机组，更换新机组极为方便。综合比较，选用方案一整机更换方案。

4 实践及效果

2005年3～6月，对一级水电站2#机组进行了增效扩容改造试验，具体试验方案为：

4.1 水轮机更新改造

选用ZDJP502-LH-180型水轮机转轮，采用不锈钢材料，设计水头6.5 m，设计流量13.91 m3/s时，水轮机出力达807 kW。为配合转轮的更新，主轴法兰作了同镗加工。

4.2 发电机更新改造

按SF750-32/2840型发电机标准，更换了原发电机的定子和转子线圈，将转子励磁线圈匝数由原来的29.5匝改为32.5匝，发电机绝缘等级改为F级，解决了老化、发热等不安全隐患。

4.3 励磁系统更新改造

将原来的自并激励磁方式改为JL-12可控硅励磁方式。

4.4 改造效果

对改造后的2#水轮发电机组进行了各种工况的运行试验，在不增加机组流量的前提下，发电机出力由原来的650 kW提高到了750 kW,机组的各部温升、振动均满足要求，对水轮机进行检查，没发现空蚀和裂纹现象，改造后机组效率提高明显，该机组当年增加发电量67万kW·h。

5 结语

峡山水电站机组改造后，总装机容量将由原来的3 325 kW增加至4 000 kW，装机容量增加20.3%；机组效率由原来的64%左右增加到83%左右，平均年增发电量160万kW·h，增幅22.3%。水电站改造后社会效益和经济效益将十分显著。