山美地面电站机组增效扩容改造

2015-07-28黄少阳泉州市山美水库管理处福建泉州362321

水电站机电技术 2015年4期

黄少阳（泉州市山美水库管理处，福建泉州 362321）

山美地面电站机组增效扩容改造

黄少阳
（泉州市山美水库管理处，福建泉州 362321）

摘要：山美地面电站运行将近20年，设备存在诸多缺陷，安装单位在安装3号机组时，由于机组安装高程偏低，机组大轴联轴法兰面处理不当，轴线曲折度没有消除，水轮机转轮相继出现振动和叶片裂纹等问题，存在较多安全隐患，严重地影响电站的安全运行。电站于2008年将原来HLA296转轮更换为X75型转轮，水轮机性能明显提高，但机组的震动和摆度仍然偏大。根据水能参数和机组实际情况，保留原来的轮轮，对发电机作增容改造，通过改造发电机定子铁芯、线圈和转子磁轭、磁极，绝缘采用F级。改造后出力由30MW增至33MW，机组噪音、振动、各部温升均符合要求，取得了很好的经济效益。

关键词：地面电站；水轮发电机组；增效扩容改造；安全运行

1工程概况

山美地面电站位于福建省泉州地区南安市境内晋江支流东溪中游，系晋江流域唯一一座大型水利枢纽工程，为晋江支流东溪的龙头水库电站。距著名侨乡，闽南“金三角”经济开发区泉州市约50km，距南安约25km，坝址以上控制流域面积1023km2，占东溪流域的53.4%，是一座以灌溉、防洪、发电、供水等综合利用的大型水利枢纽工程。地面电站为90年代建设投产的机组，设计装机1×30MW。由于该水轮机为HLA296机型，是我国80年代产品，性能参数较高，但稳定性差，相继出现振动和叶片裂纹等问题。2008年对地面电站机组转轮进行技术改造，将原来HLA296转轮更换为X75型转轮，水轮机性能明显提高，因此这次改造保留原来的转轮。

2机组改造的理由

（1）机组经过近20年的运行，由于热老化、电老化、机械老化等多种因素，以及安装单位在安装3号机组时，安装高程偏低，机组大轴联轴法兰面处理不当，轴线曲折度没有消除，推力头卡环配合过松等原因，严重危及机组安全运行。

（2）根据电站水位变化后的水能参数和机组的实际情况，通过对原水轮机详细计算分析论证，在不更换转轮的情况下，能保证发电机容量从30MW增容到33MW。

（3）充分利用水利部财政部2013年对小水电改造提供财政资金补助。该工程投资3211万元，其中：中央补助1605万元、省财政补助300万元、市财政补助300万元、其它部分自筹。

3水轮机改造基本原则

水轮机设备要满足以下基本条件：

（1）座环、蜗壳、尾水管流道尺寸不变。

（2）在满足水轮机安装高程不变的条件下，水轮机额定出力为34MW。

（3）机组调节保证值要满足现行运行要求。

（4）满足原调速器的额定工作压力P=2.5MPa。

（5）所有改造设备与原设备应有良好的配合。

4机组增容改造的主要项目

4.1水轮机改造

除保留原有X75型转轮和埋入部件外，包括导水机构改造（含顶盖、底环）和控制环改造、导叶接力器装配、主轴密封改造、水轮机轴、水导轴承改造。

改造后水轮机的主要技术特性如下页表1。

表1水轮机的主要技术特性

4.1.1水轮机轴

水轮机轴经校核在增容至34MW情况下，原主轴不再采用，更换新主轴来保证其具有足够的刚度和强度，可在最大飞逸转速范围内的任一转速下运转而不产生有害振动和变形。

主轴与导轴瓦和主轴密封对应的位置采用不锈钢轴衬，主轴应进行无损检测。

4.1.2导水机构

导水机构包括顶盖、底环、控制环、导叶及传动机构等。

（1）导叶

导叶采用ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢材料整体铸造，导叶中部刻有明显的永久编号，有3个自润滑支承轴承，轴承采用铜基镶嵌自润滑轴承。导叶接触面（立面）采用金属密封形式，在导叶轴颈通过顶盖处的轴承箱中设有切实可靠的导叶轴颈密封。

导叶的止推装置设在顶盖上部，限位装置设在底环上，该装置能限制导叶在破断销破断后不产生摆动及不稳定运行，且能保证导叶不处于自由状态。

（2）顶盖

顶盖采用Q235A钢板焊接结构，加设抗磨板，抗磨板材料选用0Cr18Ni9不锈钢材料，具有足够的强度和刚度。

顶盖上设有测量顶盖压力的测孔、测头和真空破坏阀。顶盖下导叶活动范围设有抗磨板，与转轮上冠对应部位设有止漏环，止漏环材质采用1Cr18Ni9Ti。

（3）底环

底环采用不锈钢板（0Cr18Ni9）焊接而成，底环具有足够强度和刚度以支撑最大压力和作用在上面的其他荷载，而不产生有害变形。导叶处于关闭状态时，导叶上、下端面和顶盖与底环间隙均符合规范要求。

底环上设有止漏环，其材料为耐磨蚀性能好的不锈钢1Cr18Ni9Ti材料。

（4）控制环

控制环采用Q235A钢板，控制环底面装有环向导轨和抗磨板，抗磨板具有自润滑性能，不需要润滑系统。

（5）推拉杆

导叶接力器活塞杆和控制环之间的推拉杆为锻钢制造，具有足够刚度并带有自润滑瓦衬,轴承采用铜基镶嵌自润滑轴承。

（6）导叶传动机构

导叶传动机构包括导叶臂、连板装配，连板与导叶臂之间装有剪断销。

导水机构除去操作机构螺纹连接零部件（连杆拐臂等）外，暴露在空气部分的部件和静态连接螺栓等材质采用不锈钢。

4.1.3水导轴承

由于山美水库水质较好，本次技术改造仍然采用水润滑导轴承，具有耐磨损，寿命长，高承压和磨擦系数小的金属弹性塑料瓦。

4.1.4主轴密封

在水导轴承上部设置主轴工作密封，主轴密封方式采用结构简单，便于检修和维护的Y型尼龙盘根式密封。

4.1.5导叶接力器

水轮机装有直缸式液压活塞式接力器，接力器额定油压为2.5MPa。接力器上装有机械锁定装置，在关闭位置锁住接力器，防导叶被水冲开。接力器上还设有位移变送器及全开、全关位置的行程开关。接力器缸和盖应采用铸钢或钢板焊接制造。

4.2发电机改造

发电机改造在保留原有的发电机基础及定子机座、发电机上支架、发电机下支架情况下，更换发电机定子铁芯、线棒、主轴，更换发电机转子；改造原有的冷却系统；发电机导轴承和组合轴承改造；制动系统改造；改造后发电机额定出力33MW。

水轮发电机的主要技术特性：

型号SF33-36/6500

额定容量33MW/38.824MVA

额定电压10.5kV额定电流1941A

额定功率因数0.85（滞后）

额定转速166.7r/min额定频率

50Hz相数三相绝缘等级F

飞轮力矩GD2≥3010t·m2定子绕组连接Y型连接励磁方式可控硅静止励磁

4.2.1定子

定子机座不更换，维持定子铁芯轴向高度不变，定子铁芯采用低损耗、无时效、机械性能优良的冷轧薄硅钢片（武钢50W270）叠装成整圆。发电机采用上、下两端进风，端部回风，通风槽材料采用非磁性材料制成以减少损耗。定子铁芯更新除保留原定子机座和定位筋外，所有铁芯齿压板的压指、固定定子绕组的端箍等都采用非磁性材料制造。

定子绕组采用F级绝缘，由单根线棒组成，星形连接。主引出线和中性点引出线的绝缘为线电压级全绝缘，定子绕组采用波绕组、条形线棒。定子绕组所有接头和连接均采用银铜焊工艺。所有用螺栓连接的母线接头，表面均镀银。

4.2.2转子

转子采用无风扇结构，由转子圆盘支架、磁轭、磁极等部件构成，在结构上都具有足够的机械强度和刚度，转子支架为圆盘式焊接结构。磁轭是由经钝化处理的高强度冷轧薄钢板叠片组装成的坚实结构。磁极铁芯采用由拉紧螺杆紧固的高强度薄钢板制成，压力叠装，通过磁极上的鸽尾或“T”尾与磁轭上相应的键槽挂接。磁极绕组的绝缘为“F”级绝缘。制动环的磨擦面采用优质、耐热、耐磨材料，表面加工光滑。

4.2.3主轴

发电机轴经校核在增容至34MW情况下，原发电机轴也不再采用，更换新主轴来保证其具有足够的刚度和强度，可在最大飞逸转速范围内的任一转速下运转而不产生有害振动和变形，新主轴均进行无损检测。

4.2.4推力轴承及导轴承

推力轴承布置在发电机转子上方的上机架上，采用金属弹性塑料瓦；导轴承采用金属弹性塑料瓦。推力轴承和导轴承在运行中不允许甩油，采用固定式迷宫密封盖，防止轴承油雾进入发电机内。

4.3冷却系统

4.3.1发电机空气冷却系统

发电机采用密闭自循环空气冷却系统。冷却系统包括冷却器及其附属部件、内部管道等。冷却器由膨胀法胀入防腐管座中的翅片式散热管组成。散热管采用紫铜管材料。冷却器对称布置在定子机座周围形成一个密闭循环冷却系统，其高度保证定子铁芯、定子线圈端部、汇流排的通风冷却。

4.3.2润滑油冷却系统

润滑油的冷却方式采用同槽内部自循环的油冷却润滑方式。油冷却采用水冷方式。推力轴承、上导轴承油冷却器布置在上机架内。每个轴承油槽中装设紫铜制造的油冷却器，冷却器水箱盖、承管板及其进排水管均采用不锈钢材料。冷却器采用膨胀法胀入防腐管座中的翅片式散热管组成。散热管采用紫铜管材料。供排水管路采用不锈钢管材料。