皂河闸水电站增容技术改造及效益分析
2015-03-16韩宏举韩业明周业龙
韩宏举,韩业明,周业龙
(1.江苏省骆运水利工程管理处,江苏 宿迁 223800;2.江苏省南水北调泗阳站工程建设处,江苏 泗阳 223700)
皂河闸水电站增容技术改造及效益分析
韩宏举1,2,韩业明1,周业龙1
(1.江苏省骆运水利工程管理处,江苏 宿迁 223800;2.江苏省南水北调泗阳站工程建设处,江苏 泗阳 223700)
摘要:针对皂河闸水电站设备陈旧、性能落后、效率不高,技术状况差,安全隐患多,加之上游水情变化的现状,提出了皂河闸水电站增容技术改造的实施方案;并通过改造后连续10 a发电量的对比分析,证实增容技术改造所采取的方案合理;以最少的资金投入,获得了最佳的经济效益和社会效益。表3个。
关键词:水电站;技术改造;效益分析
1概述
皂河闸水电站是20世纪80年代以前建成的,多年来利用骆马湖的弃水发电上网,为缓解偏避的农村用电作出了一定的贡献,同时也为单位的发展获得了经济效益。但是,经过多年的运行,该水电站设备陈旧、性能落后、效率不高,存在很多安全隐患。同时,上游水情也发生了较大变化。主管单位通过对该水电站技术改造的可行性研究,确定对其实施增容技术改造,并在改造后的运用期间还进行了一些完善项目。
皂河闸水电站位于江苏省四大湖泊之一的骆马湖南大堤,上游是常年蓄水库——骆马湖,下游是京杭大运河皂河闸至宿迁闸段航道,其航道水位主要由皂河闸开启闸门放骆马湖水调节控制。为了充分利用这些下泄的水力资源,1972年江苏省皂河闸进行抗震加固期间,在该闸的左、右岸空箱墙内增建了皂河闸水电站,采用涡形进水室、肘形出水流道,共安装4台ZD760—LM—120型水轮机,配4台TSN型100 kW水轮发电机,总装机容量为400 kW。自建成投入使用后,已连续20多年发电运行,年平均发电量达65万kW·h,发挥了较好的经济效益和社会效益。
由于水轮发电机组经过长期运行,设备陈旧老化,效率降低,出现了发电机和升压变压器的线圈绝缘老化、水轮机转轮过流部件机械磨损严重的问题,已影响机组安全运行。同时,随着上游骆马湖南大堤防汛加固工程的实施,其非汛期蓄水位将从23.00 m抬高到23.50 m(下游为京杭运河的一部分,其水位正常情况下控制在19.00~19.50 m),水轮机的发电水头可以相应提高0.50 m。为了尽快消除水电站安全隐患,并利用水情变化的有利因素提高水力发电效率,增容技术改造势在必行。
2改造前的主要问题
2.1 4台发电机
4台发电机定子、转子线圈及其连接线路绝缘保护层严重老化,很容易引发接地故障,严重威胁机组安全运行。发电机双绕组电抗分流式励磁装置发热严重,使电机效率降低。发电机运行时振动噪音超过允许值,严重影响运行人员的身心健康。基于发电机存在以上情况,制造厂家现场鉴定结论是:发电机老化严重,已无修复价值。
2.2 4台水轮机
4台水轮机的导叶结构不合理,各导叶之间开度不一致,关闭不实;水轮机导叶轴与轴套磨损严重,导叶调节困难,特别是遇到电网停电时,水轮发电机组飞车后很难及时关闭导叶。水轮机叶轮部分气蚀严重,与转轮室之间间隙增大,容积效率下降。水轮机导轴承磨损严重,运行中引起机组振动,导致导叶轴断裂、连板脱落损坏、螺母松动等情况时有发生。水轮机所采用的手动调速器磨损严重,调节特性差,导叶不能随负荷变化及时调节,无法保证机组安全稳定运行,故障停机检修频繁,运行成本逐年增大。
2.3 2台主变压器
2台主变压器皆是老型号铝线圈产品,能耗大,不符合节能的要求。变压器线圈绝缘老化,电气试验结果显示数值超标,不符合安全运行的要求。变压器容量偏小,不能满足水电站技术改造后发电上网的要求。
2.4 10 kV和0.4 kV配电设备以及成套装置
水电站10 kV侧2台高压开关柜不符合五防功能的要求,属于淘汰产品。400 V低压系统主断路器为DW10型架式空气断路器,短路断流容量小,其操作机构磨损严重,可靠性不高。站房电力联络、低压开关柜与主变压器电力连接全部采用的是单相多股黑皮线,其绝缘保护层严重老化,很容易引发接地故障。控制、保护及仪表的柜、屏锈蚀严重、设备陈旧、二次线绝缘老化。发电时采用暗灯并网装置,手动并网时间一般都在15 min左右,有时甚至达30 min,影响电站的发电效益。同时,非同期并网对机组冲击较大,容易对设备造成损伤。机组运行时,励磁调节装置不能可靠工作,励磁电流不稳定,难以控制发电机的功率因数。
2.5 土建方面
水电站4台水轮发电机组均等安装在皂河闸的两侧(即东、西站房各2台),值班地点在机组附近,很不安全且有嘈音,缺少单独的值班室。西站房中水轮发电机组控制柜位于闸上交通桥下面;由于桥面长期行车振动产生的裂缝难于修复,遇雨天,雨水会自裂缝处直接渗漏到控制柜上,严重影响水轮发电机组的正常生产,也容易引发事故。2台主变压器的土建基础面积狭小,且破损严重,不能满足运行巡视和维护检修的要求。
基于水轮机、发电机、变压器、开关设备、励磁装置、电力线路以及土建设施等均存在一定的缺陷和问题,这些都需要通过技术改造或更换设备来解决。
3增容技术改造方案
针对水电站存在的诸多问题,结合上游骆马湖水位抬高的机遇,主管单位江苏省骆运水利工程管理处通过组织现场考察、向相关厂家咨询、会议研讨、专家评估和方案比选,批准实施了皂河闸水电站增容技术改造的方案:以先进的科学技术为依托,既充分利用原有可继续利用的设施、设备,又积极采用新技术、新工艺、新材料和先进设备,淘汰和更新已经达到使用年限的水电站设备,优化设计、重新配置、合理利用水力资源。
皂河闸水电站属于低水头小型水电站,站身是利用原空箱岸墙改造而建成,机组尺寸和装置型式都受到很大制约。为了保证站身的强度和稳定,本次技术改造中仅更新2台主变压器、4台套水轮发电机组、2台高压开关柜、9台低压开关柜等设备;土建结构原则上没动,仅对机墩等部分作了必要的处理,转轮直径仍为1.2 m,电气一次接线方式仍保持不变,变压器和控制屏的位置仍保持不变。笔者作为本次水电站增容技术改造的项目负责人之一,组织实施了该水电站增容技术改造工作。
3.1 改造的主要项目
(1)更换4台发电机。在进行更换的同时增容,单机容量由100 kW扩大到160 kW,拆除TSN型100 kW发电机,安装SF160—6型160 kW发电机(见表1)。
(2)更换4台水轮机。更换水轮机转轮、导叶、轴套、调速器等,并将叶片安放角由+10°调至+15°(见表2)。
(3)更换2台10 kV升压变压器,采用低损耗的S9—400/10升压变压器取代能耗大的老型号SL—240/10升压变压器,单台容量由240 kVA扩大到400 kVA。
表1 改造后发电机铭牌数据
表2 改造后水轮机铭牌数据
(4)更换2台10 kV高压开关柜(具备防止误操作闭锁装置功能)以及高压计量柜等。
(5)更换9台低压开关柜(屏),其中包括4台GGD3型发电机控制屏、2 台GGD3型出线柜、2台GGD3型辅机屏和1台GGD3型所用电切换屏。
水电站400 V低压系统主断路器选用DW17(ME)型(操动机构为电动机预储能合闸型)新型号断路器,取代DW10框架式空气断路器;安装发电机过电流、过电压保护装置,安装自动并网装置。
(6)增设东、西站房联络电力电缆、发电机与开关柜连接电力电缆、主变压器与开关柜连接电力电缆,取代原单相多股黑皮线作为电力连接的方式。
(7)在东、西站房各新安装1个温控隔音值班室,改善了运行人员的值班条件。
(8)对西站房中水轮发电机组控制柜顶层闸上交通桥裂缝进行了慎重的修复处理,并在屏顶安装了防护罩。
(9)按照10 kV升压变压器的运行巡视和维护检修的要求,进行2台主变压器的土建基础施工。
3.2 施工技术要求
(1)考察和购置新设备,拆除淘汰或更新的旧设备。
(2)新设备就位、安装、调试要符合规程、规范要求。
(3)电力电缆铺设连接,其中:东、西站房之间联络VV23—3X185+1X95电力电缆采用沿闸上游翼墙布置,每1.5 m装设1组线卡固定电缆;其他电缆铺设符合增容改造图纸标明的要求。
(4)电气试验、仪表效验、油化验数据符合规程规范要求,继电保护整定值按实际调试确定。
(5)400 V系统低压开关柜(屏)安装基础比原地面高程升高15 cm,为防止新旧混凝土连接强度差,预埋螺丝采用膨胀螺丝打入原地面。
(6)开关柜(屏)和基础槽钢之间采用电焊连接。
(7)按规程规范要求,经过72 h试运行。
3.3 概算总投资
概算总投资 149.75万元。
3.4 施工工期
施工工期 90 d。
4技术改造后的经济效益分析
皂河闸水电站实施增容技术改造,用先进的设备取代陈旧的设备,增大了发电能力;用参数合理、匹配的先进设备替代参数偏离的设备,改善了水轮机组的运行工况,增加了年发电量;用先进成熟的技术改造陈旧落后的设备,提高了设备的性能、可靠性和完好率,大大减轻了机组的检修工作量。抓住上游骆马湖蓄水库容增加的机遇,提高了水轮机发电水头,增加了发电量;合理改造东西站房及设备,改善了运行条件和值班环境,提高了自动化水平;合理调整水电站和机组的运行方式,增加了年发电量。运行管理单位注重抓好水电生产运行管理和日常维护工作,健全安全生产组织网络,岗位职责明确,管理制度落实,业务技术落实,不失时机发电创收,经济效益显著。笔者为了量化技术改造的效果,特对水电站技术改造后连续10 a发电量作了统计(见表3)。
表3 增容技术改造后连续10 a发电量统计
从表3可知,水电站实施增容技术改造后,单机容量由100 kW增加到160 kW,总装机容量由400 kW增加到640 kW,增加了60%。连续10 a平均发电量由改造前65万kW·h/年增至187.1万kW·h/年,10 a发电总量1 871万kW·h;按0.3元/kW·h计算,经济上创收561.3万元,年平均发电创收近60万元,与改造前相比年平均净增效益近40万元。另外,减少机组检修次数为发电赢得了更多的时间,减轻检修工作量大大节省了检修费用,改造投资少、工期短、见效快、效果明显,经济效益显著。
5结语
(1)皂河闸水电站从实际出发,优化设计、重新配置、合理利用水力资源,积极采用新技术、新工艺、新材料和先进设备,淘汰或更新了已经达到使用年限的水电站设备,提高了水电站的技术水平和先进性,提高了水轮发电机组运行的安全可靠性,改善了职工值班环境,获得了较好的经济效益,达到了增容技术改造的预期目标。
(2)皂河闸水电站依托上游骆马湖得天独厚的丰富水资源,若再能通过科学合理的水情调度,延长发电的时间,还可增加年发电量。另外,在发电期间水轮发电机进水口的拦污栅经常被杂草等污物堵塞,加大了水头损失,停机捞草清污增加了人工费用,减少了发电出力,待引水系统设施进一步完善后,还将会增加机组出力,年发电的经济效益将会得到更进一步的提高。
参考文献:
[1]GB/T 50700—2011,小型水电站技术改造规范[S].
[2]刘云.小型水轮发电机的安装与维修[M].北京:机械工业出版社,1999.
[3]陈永忠.工建筑物基础知识[M].郑州:黄河水利出版社,2006.
[4]DL/T 596—1996,电力设备预防性试验规程[S].
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责任编辑吴昊
作者简介:韩宏举(1956-),男,工程师,主要从事水利工程建设施工、机电安装、运行管理等工作。
收稿日期:2015-06-30
E_mail:jssqhan@126.com