里石门电站增效扩容技术方法介绍

里石门电站增效扩容技术方法介绍

曹方淼安春爱

(浙江省天台县水电管理所，浙江 天台317200)

【摘要】本文介绍里石门电站前后两次扩容所采用的不同方法和技术措施，以及增效扩容试点工程所取得的成果。

【关键词】里石门电站；技改；增效扩容

中图分类号：TV738

Introduction of synergistic expansion technical methods in

Lishimen Power Station

CAO Fangmiao, AN Chun’ai

(ZhejiangTiantaiCountyHydropowerManagementOffice,Tiantai317200,China)

Abstract:In the paper, different methods and technical measures adopted for twice synergistic expansion in Lishimen Power Station, and achievements obtained from synergistic expansion pilot projects are introduced.

Key words: Lishimen power station; technical improvement; synergistic expansion

1概况

里石门电站是浙江省天台县大型水利工程里石门水库的配套工程，1979年7月建成投产发电。水库集雨面积296km2,总库容1.99亿m3，工程以灌溉、防洪为主，结合发电、供水等功能。

电站安装立轴混流式水轮发电机组3台，设计装机容量3×2000kW，设计水头40m，在县网中担任基荷，机组出力充足、运行稳定，历年平均发电量符合设计标准。由于水库地处浙东沿海，受台风季节降雨影响大，来水丰富，根据统计，工程自投产以来有60%的年份在台汛期间弃水，且弃水量大多在3000万m3以上，最多达1.1亿m3。水库的灌溉期为每年的4月中旬至10月中旬，其余半年时间为纯发电期，此时电站可以担任顶峰任务。历年运行经验，特别是电价实行峰谷分时段计量、计价以来的经验表明，里石门电站的机组容量应该增大，以发挥水电站的最大经济效益和社会效益。这就是20年前的增容技改决策依据所在。

技改20年后，由于电站年久，设备陈旧，绝缘老化，如不更新设备，安全生产得不到保障，而局部技改无法从根本上解决电站的安全生产问题，根据浙江省水电站设备报废年限的规定，报废重建势在必行。2011年，里石门电站作为浙江省首批增效扩容试点电站完成了初步设计报告，经批准后于2012年底完成了增效扩容的任务，使电站的安全生产和经济效益都上了新台阶。

2技改前期的技术分析和经济比较

1991年，浙江省水电设计院有关专家及杭州发电设备厂技术人员分别对水轮发电机组进行了现场超负荷测试、温升试验、水力机械裕度计算、定转子容量及线槽截面校核、辅助设备容量校核，可控硅励磁装置生产厂对该装置进行了增容认可。调试机组负荷，当水库水位在170m以上至正常水位176m之间(水头47.5～53.5m)，3台机组运行时，每台机组可能出力在2200～2500kW之间，说明水轮机的出力裕度可接受发电机增容500kW，因此有可能在50%时间内提高发电峰谷电量比。

a.根据历年发电量统计，电站年发电量超过设计标准的有50%年份，受机组调节能力的限制无法体现峰谷分时计量的优越性。如果每台发电机增容500kW，则可在不增加发电量的基础上只要争取多发峰电250万kW·h，按当时峰谷电价差价0.1元/(kW·h)计就可净增收25万元，这在当时是相当可观的，且当时的电价政策和县电网系统也正希望县内的骨干电站能起到顶峰多发电、低谷少发电的要求。因此社会效益明显。

b.在丰水年的丰水期间，弃水时段比较集中，少则几天，多则十几天，增容后，充分利用弃水满负荷发电，可增发电量108万kW·h(按利用一个月计)，以当时电价计可增收15万元。合计平均每台可增收13.3万元。

最终确认：在一台发电机增容的情况下，技改的关键是解决定子绕组和转子绕组温升过高的问题，因此采取措施先改一台，在不改动辅助设备及主变、开关等公共设备的条件下解决机组的增容问题，将是最经济的技改措施；增容后的技术和效益，如能达到预期效果，再进行另两台机组技改或其他增容方案的比较取舍。

3技术措施

a.更换定子绕组，增大过流截面。即取消线槽内的励磁副绕组，配以相当容量的励磁变压器代替而腾出少量空间，采用F级绝缘,再以科技新工艺减少定子绕组双玻璃丝包扁铜线的绝缘厚度，由原来的0.41mm减少至0.20mm，使定子绕组增容后的电流密度比技改前下降12.4%。故技改的最主要问题即定子线圈的温升可以解决。

b.转子绕组温升的极限值为90℃，经过论证，原温升试验时机组带2200kW，功率因数为0.8时温升是67.5℃，且最高温度离B级绝缘的温度限值130℃还有较大裕度，决定暂不改动，待增容后以温升试验确定转子电流，并保留有提高适量功率因数运行限流的措施。

c.水轮机在高水位(169m以上)运行时，负荷增至2500kW后，导叶开度约25%，水轮机仍处在较高工况运行，故不进行改动，一般当水库水位低于170m时不做增容运行。调速器的关机时间整定值由4s改为4.5s，以降低蜗壳最大瞬态压力。

d.调整发电机的相应继电保护整定值，更换定子出线电缆(机端至母线开关段)及转子进线电缆以满足热稳定要求。

4技改实施与效果

经过反复论证和比较，决定利用枯水期，结合电站定期大修时间对3号机组进行改造，全过程除材料准备及线圈加工等在杭发厂进行外，其他工作如更换线圈、线头焊接、绝缘处理等均在电站现场实施，且时间短、效率高、费用节约(技改按合同成交额为13万元)。并按国家标准的技术条件和技术规范进行安装和试验。完成后经过72h满载2500kW试运行和温升试验，定子绕组温升为39.3℃，低于技改前2200kW温升试验时的53.8℃，转子绕组温升为74.6℃,高于技改前的67.5℃，虽未达到温升限值，但不能保证没有局部温升偏高的可能，故在运行时，特别是在机端电压偏高时，转子电流应加以控制，即保持功率因数在0.82～0.85之间运行较为稳妥。

经组织验收合格，投入运行后经过当年汛期满载考验，证明技改成功，调峰功能和经济效益显现，经统计当年增容部分超发电量分别按峰谷电价计算，当年收回投资的58.4%。继而在1993—1997年以同样的方法对另两台发电机进行增容，并且对水轮机转轮(原为A122和HL163)更新，采用A643转轮，效率大为提高，总装机容量增为3×2500kW，单机最高出力可达2750kW，一直运行至2012年进行增效扩容时。

5增效扩容工程和成果

2011年7月，财政部、水利部启动了农村水电增效扩容试点工作，批复了《浙江省农村水电增效扩容改造试点实施方案》，给农村水电洒下了及时雨。里石门电站经过了30多年的运行，电站的所有机电设备均到了报废年限，其间发生过多次因绝缘老化而导致的短路事故，且机组控制、保护方式落后，自动化水平等均难以紧跟当今电网发展的要求。委托水利部水利机械质量检验测试中心进行的检测表明：除水轮机蜗壳和引水叉管可继续使用外，机组的主、辅设备以及其他电气主要设备的主要项目指标均达不到国家有关技术规范、预防性试验规程、装置技术条件等要求，已不能保证电站正常和安全运行，根据浙江省水利浙水电〔2011〕9号《浙江省农村水电站报废管理办法》，趁此千载难逢的好机遇进行报废重建增效扩容理所当然。

其初步设计报告中所拟定的增效扩容的基本框架是：ⓐ装机容量增至3×3000kW(根据2005年浙江省水利厅鉴定里石门水库大坝为二类坝，要求保坝水位提高，在水能计算时将原水库死水位156m提高至165m，按水轮机效率区选择装机容量)；ⓑ厂内水工部分和机组埋入混凝土内的部分不动，其他一切与之相关的主辅设备相应更新，符合容量升级需要；ⓒ测量、控制、保护系统要求升级为计算机监控系统(包括油、水、气监控接口)；ⓓ主、副厂房进行适当改造和装饰。天台县水利水电局以天水电〔2011〕44号文对初步设计报告作了批复。2012年9月15日开始拆除旧设备，至12月26日完成安装工程和72h试运行。

增效扩容工程完成投资额1800万元，其全新的现代化、高度的自动化，提升了电站安全水平和管理方式。现已运行两周年，在同等降雨量(1774mm)来水量水平的基础上发电量的变化，特别是调峰能力的变化令人惊喜。目前峰电价格为0.595元/(kW·h)，谷电价格为0.238元/(kW·h)，价差为0.357元/(kW·h)。2014年全年发电量3333.5万kW·h，达历史最高水平,其中峰谷比达85∶15(该站此前丰水年发电最好峰谷比是75∶25)。2014年实际增效成果为：争发二次弃水电量(以增容部分的2500kW发电)48万kW·h，以平均价0.48元/(kW·h)计为23万元，峰电增量按发电量的10%计为333.5万kW·h，以峰谷价差计为333.5万kW·h×0.357元/(kW·h)=119万元，合计增效 142万元，效果明显。

6结语

里石门电站从增容技改至增效扩容，两个内容一个目的，为今后30年的安全生产和效益打下了坚实的基础。增效扩容试点工程的成功，对全县农村水电站增效扩容推广意义重大。

参考文献

[1]SL 193—1997 小型水电站技术改造规程[S].北京：中国水利水电出版社，1997.

[2]SL 16—2010 小水电建设项目经济评价规程[S].北京：中国水利水电出版社，2010.