柴河电站2号机组增效改造方案及效果分析

2015-03-16傅守权

小水电 2015年5期

关键词：转轮水轮机水头

艾亮，傅守权

(柴河水库管理局，辽宁铁岭 112000)

柴河电站2号机组增效改造方案及效果分析

艾亮，傅守权

(柴河水库管理局，辽宁铁岭 112000)

水力资源不仅是重要的可再生能源和清洁能源，而且具有防洪灌溉、生态涵养等多重功能。通过合理制定实施增效扩容改造方案，可实现有效利用水资源，消除安全隐患，提高发电效益，保护环境等目的。对柴河电站2号机组改造方案及效果进行分析，并对水轮机选型、电站综合自动化改造、附属设施改造等进行了探讨。表3个。

水电站；增效改造；方案；分析

1 电站概况

柴河水库电站为坝后式电站，是柴河水库主体工程的重要组成部分，该电站于1976年正式建成发电，现有机组3台，总装机容量为7 030 kW，设计年发电量1 450万kW·h。其中，2号发电机组单机装机容量3 200 kW，发电设计水头30.5 m，最大水头43 m，最小水头24.4 m，发电设计流量12.6 m3/s，水轮机型号为HL240—LJ—140，发电机型号为TS325/36—20。

由于电站水轮机系苏联在20世纪40年代的产品，转轮能量指标低，过流能力差，经过多年运行，磨损、气蚀严重，造成水能的浪费。基于此，于2012年开始着手对该台机组进行增效改造。

2 改造方案

2.1 水轮机改造

(1)转轮比选

经过对原来2号机组水轮机HL240—LJ—140 转轮进行详细计算对比，选择了高效率、低气蚀、大流量，并经过多座电站成功应用的HLTF50 转轮。新更换的转轮采用0Cr13Ni4Mo 全不锈钢，转轮型号为HLTF50—LJ—140，同时对推力瓦进行改造，更换原巴氏合金推力瓦为弹性塑料推力瓦(见表1)。

从表1可以看出，HLTF50模型转轮的水力性能有了全面大幅度提高，具体表现在效率提高、流量增大、空化系数降低；因此，很适合用于本电站水轮机改造。

(2)更换新转轮的技术参数计算

水轮机型号： HLTF50—LJ—140，额定转速00 r/min，最大单位飞逸转速143 r/min。电站最大水头按43 m考虑，按照下式计算出的最大飞逸转速为595.4 r/min。

表1 新旧转轮水力参数

模型向真机换算的效率修正：按国际电工学会IEC标准和国家标准，对混流式水轮机采用以下公式进行计算。

由上式计算得到的效率修正值为1.17%。考虑到真机流道与模型有一些差异，且已运行40 a，为可靠起见，真机出力计算时，效率修正值按+1.0%考虑

真机出力及效率保证：

当Hmax=43 m，水轮机出力Pr=3 750 kW时：

水轮机效率η=86.6%，水轮机流量Q=10.29 m3/s。

当Hr=30.5 m，水轮机出力Pr=3 750 kW时：

水轮机效率η=93.53%，水轮机流量Q=13.43 m3/s。

当Hmin=24.4 m,水轮机出力Pr=2 700 kW时：

水轮机效率η=90.0%，水轮机流量Q=12.58 m3/s。

2.2 综合自动化改造

原2号机组由于自动化程度不高，不能实现自动开停机功能。为提高电站2号机组运行管理水平，确保机组安全可靠的运行，改善运行人员的工作条件，此次综合自动化改造以中控室作为监控系统的控制中心，可以实现上级和现地的分层分布式管理。主控级与现地控制单元采用以太网(10/100 M)连接，机组现地单元可独立完成各种现地闭环控制，也可通过电站控制级实现远方监控。

对该电站2号机组增设1套机组LCU屏和1套测温刹车屏，放置于机旁。原2号机组保护为常规继电器保护，现改成微机保护装置，设置为1面屏，布置于中控室内。全站共配置1套开关站及公用LCU屏，负责完成升压站部分断路器监控、电量测量、同期、集水井排水泵自动控制、低压气机的自动控制、事故照明电源切换装置、厂用电双路电源切换装置、电网安全管理装置等。

原机组调速器为CT—40型机械调速器，此次改造保留原调速器油压部分，对控制部分进行微机改造，选用YWT水轮机控制系统。液压控制系统采用数字阀与标准液压件采用板式连接，取消明管，节奏紧凑，无杠杆连接，减少死区。

原机组励磁方式为采用同轴直流励磁机励磁，相复励装置控制，此次改造拆除原直流励磁机，取消旧的复励装置，采用双微机、双功率通道自并励静止励磁系统；该装置采用PWL—4A励磁调节器，并配备液晶显示屏，可靠性高、操作简单、维护方便。

正常运行时，由电站控制室的操作员工作站进行集中实时控制、安全监视及管理；当电站的计算机监控系统故障时，可在现地控制单元(LCU)上进行操作。计算机监控系统具有多种调控方式，以满足电站运行的需要。为了保证控制和调节的正确、可靠，操作步骤按“选择—返校—执行”的方式进行，并且每一步骤都有严格的软件校核、检错和安全闭锁逻辑功能，硬件方面也有防误措施。

3 改造效果

3.1 增效改造效果

(1)出力对比

2015年5月，该台机组改造后投入运行，经对运行数据与历史数据进行对比(见表2)，可以看出，在机组水头只有24.5 m时，该机组出力已经达到原设计30.5 m时的出力，且对比历史同水头数据，出力增加20%以上，远超出设计值及改造前的期望值。由于受水库目前蓄水情况所限，不能考察达到额定水头时的数据，但已经可以得出结论，增效效果十分明显。

表2 改造前后出力对比

(2)瓦温对比

由于此次改造中对推力瓦进行了改造，现将瓦温对比列出(见表3)。由此可见，所有温度符合标准要求，且温度较低，在安全运行范围。

表3 新转轮投入后轴承温度对比

3.2 综合自动化改造效果

通过对调速器、励磁系统、开关柜、监控保护等综合自动化设施的改造，极大地提高了并网速度。首先是实现了自动准同期并网，通过采用自同期操作，不超过1 min即可完成开机并网至带满负荷的全过程；若采用手动准同期操作，也只需3 min即可完成，大幅提升了开机时间(原同期操作需要近20 min)。同时，各种电量及非电量采集全部完成，各部位监控数据均送入电脑后台，降低了运行岗位的工作强度，同时也减少人工抄表的误差，为实现无人值班(少人值守)打下坚实基础。