碧口水电站发电机组增容改造分析

燕 京

(中国水利电力物资有限公司，北京 100040)

碧口水电站发电机组增容改造分析

燕 京

(中国水利电力物资有限公司，北京 100040)

介绍了碧口水电站机组改造的项目背景及必要性，分析了改造后水轮机的效率特性，以期对同类型机组改造工作具有一定的借鉴价值。

碧口水电站；发电机；增容改造

1 项目背景

碧口水电站位于甘肃省文县碧口镇上游3 km的白龙江干流上，电站总装机容量3×100 MW，工程于1975年12月下闸蓄水，3台100 MW立轴悬式混流式水轮发电机组，1号机于1976年3月投产发电，2号机于1976年4月投入运行，3号机于1977年6月并网发电。

30多年来，随着发电设备运行时间增长，设备老化，检修工作量增大，运行的安全可靠性降低，当时的设计制造技术水平在一定程度上限制了设备的发电能力。据此，电站从2009年开始，历时4年，对3台水轮机进行了增容技术改造，提高了水轮机出力和效率。同时，为了消除发电机存在的绝缘老化、测温点损坏、通风损耗大、制动环裂纹等隐患，彻底解决对安全生产构成的威胁，从2012底起开始对发电机进行增容技术改造，2013年5月，1号发电机改造完成并网发电，机组增加出力10 MW；2014年4月，3号发电机改造完成并网发电，机组增加出力10 MW。以3号机组为例，机组主要技术参数如表1所示。

表1 机组主要技术参数

2 改造的必要性

电站3台机组经30多年的运行，定子绝缘老化严重，曾多次发生绝缘击穿，成为影响机组安全的主要原因，同时发电机线棒测温点损坏多，通风损耗大，制动环产生裂纹等隐患严重威胁机组的安全运行。

(1) 定子线棒老化严重，多次发生绝缘击穿，以运行时间最长的1号机为例，截至1号发电机改造前机组已运行33年，定子绕组绝缘老化程度已非常严重，绝缘的热态介损严重超标，多次发生绝缘击穿，严重威胁电站安全生产。

(2) 线棒绝缘老化问题已经成为技术监控重点跟踪的问题。从2009年开始，试验结果多次表明定子线圈三相介损和局放值均超过规定值，定子绕组绝缘具有明显的老化特征，建议对定子线棒进行更换。

(3) 发电机线棒防晕层受损、老化，线棒表面对地电位严重超标。机组线棒测温元件损坏严重，不满足日常测温要求。以未进行改造的2号机为例，2号发电机定子硅钢片，已有部分齿部弯曲变形而松动。定子测温指示不正常或电阻元件断线，难以监控和判断温度是否正常。

(4) 2009—2012年电站完成水轮机改造，发电机改造已成为机组增容的必要条件，改造后每台机组可增加10 MW的出力，每年增加经济效益500多万元。

3 改造后水轮机效率特性分析

3.1 试验方法及数据

以3号机组改造后出力特性试验为例，用功率变送器按双瓦特表接线测量发电机输出功率，再根据制造厂家提供的发电机效率特性，求得水轮机功率。流量采用测量蜗壳差压值，按蜗壳流量系数计算得到。工作水头用蜗壳进口、尾水管出口断面能量进行测量计算。试验中主要参数采用了水轮机效率微机采集与处理系统自动采集的数据。试验实测最高效率点为79.83 m工作水头下，水轮机出力为111.61 MW，水轮机效率为92.77%。由于2011年试验时受发电机出力所限，仅实测到水轮机出力116.5 MW，实测工作水头84.08 m下，水轮机效率为94.67%。

由于2次试验的水头相差较大，无法换算到同一水头下进行比较，而且2次试验的方法不同，仅能通过三次样条插值计算，在可比范围内对2个工作水头下的水轮机效率平均下降值进行定性估算，结果约为2.34%。2011年与2014年不同工作水头下3号水轮机效率定性估算表如表2所示。

表2 2011年与2014年不同工作水头下3号水轮机效率定性估算表

3.2 改造后效率比较

图1为发电机改造后水轮机效率与2011年效率试验对比曲线。

图1 发电机改造后水轮机效率与2011年效率试验对比曲线

在进行1号与3号发电机组改造时，3号机发电机吸取了1号机改造经验，转子磁轭堆叠时磁轭片严格要求按规格质量均匀布放，并把转子上原来的配重块取掉了，所以机组启动时质量不平衡现象较轻，通过少量配重后，动不平衡状态不错。发电机上机架水平振动值和各部位轴摆度值均满足要求，上机架垂直振动值和顶盖水平及垂直振动值，除在振动区超标外，其余工况也满足标准要求。试验水头条件下，3号机运行稳定性状态可粗分为3个区，不能运行的30 MW附近强振动区、63 MW以下且不含30 MW附近弱振动区、63 MW以上优良稳定运行区。改造后，3号机组出力可达到保证值要求，如表3所示。

表3 3号机组出力保证值

4 结语

发电机改造后，1、3号机组能在110 MW下长期安全、稳定、经济运行。其提高的铭牌出力符合国家清洁能源政策，经济和环保效益明显；3台机组铭牌出力由原来的100 MW提高至110 MW，增容10 MW；同时需要注意的是，水轮机发电机组在运行中要避开强振区运行，减少在弱振区运行，这些改造经验都对2014年年底即将进行的2号发电机改造以及同类机组的改造提供了借鉴价值。

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2014-08-29

燕京(1985—)，女，甘肃天水人，工程师，从事电站生产管理及设备采购工作。