水轮发电机组技术改造与运行方式探讨

应孟达（中国水利水电第十二工程局有限公司机电安装分局，浙江 丽水 323000）

水轮发电机组技术改造与运行方式探讨

应孟达
（中国水利水电第十二工程局有限公司机电安装分局，浙江 丽水 323000）

水轮发电机组为水电站一项重要设施，确保水轮发电机组健康、持续运行对水电站综合效益产生了至关重要的影响。近年来，我国各地区一些小型水电站在改造水轮发电机的过程中不断探索总结了一些科学有效的方式策略。本文结合实践经验进行了总结分析，探讨了运行改造过程中应注意的问题。对提升水轮发电机组整体运行水平，创设显著的经济效益与社会效益，实现可持续的全面发展，有重要的实践意义。

水轮发电机组；技术改造；运行方式

1 前言

水电站技术更新改造阶段中最为重要的环节在于水轮发电机组技术改造。较多水电站转轮要更换之外，水轮机良好运行、超出力运行状况较多。而发电机存在明显的蜡老化现象，无法符合水机超出力运行需要。这是由于早期生产研发的水轮发电机受到设计手段、应用材料、生产工艺的限定，导致出装缺陷，历经多年服务，令线圈出现松动，并出现了明显的铁损现象。而该类发电机具有较大的技术改造潜能，为此制定科学有效的更新改造策略尤为重要。

2 水轮发电机组技术改造重要性与具体原则

随着现代化技术手段的快速更新为水电站技术创新改造提供了条件，针对一些老水电站进行整体改造可实现少量投资、大量收益的目标，同时施工建设周期较短，且投资回报更加快速。我们知道，以往小规模水电站在机组选型阶段中通常仅依照当时规定的一系列型谱进行水轮机类型与标准直径的比选，这样将导致机组运行具体参数同设计标准无法全面匹配，令机组始终无法到达额定出力的标准或是与最优工况运行出现了一定偏差。根据调查分析，一些小规模水电站设计工况同最优标准相去甚远，导致水资源不良浪费，一些电站在经历了长久的运行后，设备出现了严重的老化现象，导致出力降低。一些由于选择应用设施质量水平不佳、存在严重缺陷， 安全可靠性不足、管理水平有限，致使机组长久的带病工作，进而加剧了损坏，这恰恰是小型水电站的通病问题，而该类因素则成为改造更新的首要任务。而技改最终的成功应由实际入手，依照原有项目状况，做好经济性论证，引入现代化技术，新型工艺设施，合理选择设备制造厂家，以确保设备先进性与安全性。项目改造更新应遵循有关规程标准，严格履行报批手续与竣工验收流程。投资回报年限同样是技改能否成功的核心标准，通常小规模水电站投资回报期限以三年为宜。

3 水轮发电机组技术改造阶段应注意的问题

水轮发电机组改造前期应进行可行性研究，汇总水文资料以及电站历年运行工况数据，聘请专业人员通过电脑对各类水头水能做综合评估，并做好电磁参数优化计算，形成改造方案对比表，而后由专家做评估，以发挥更好的效果。更换水轮机与发电机定，同样要做可行性研究。为明确改造机组水平，要做好导叶开度以及发电机处理比对研究，进行机组效率试验，掌握具体的效果，并将结果进行存档。

4 水轮发电机组改造对策

水轮发电机组改造阶段中应做好定、转子绕组绝缘更新，较早生产水轮发电机多选择理清云母，为B等级绝缘。改造阶段中应用F级环氧粉云母以及绝缘工艺则可显著提升发电机组耐温以及耐电压属性，并缩减绝缘材料单层厚度。通过现代化浸漆、合理的烘焙、将线圈之间、线圈以及铁心间空隙进行填充，可优化电机散热绝缘效果，抑制温升。由于发电机质量水平、寿命期限主要与绝缘材料有关，因此更新绝缘结构为有效的改造处理方式。应依照水轮发电机基础技术条件要求，控制F级绝缘最高温度标准，即定子绕组应是一百四十摄氏度，而转子绕组应是一百五十摄氏度。

在提升发电机绝缘水平以及绝缘减薄的同时，可提升钉子绕组铜线截面以及线圈槽满率，进而扩充电机线负荷，提升发电机总体输出功率，实现增容目标。还可缩减绕组电流密度，降低铜耗以及温升。线圈更新可应用现代化工艺，例如天津发电厂无间隙嵌线技术与线圈连焊工艺。制作定子线圈要采取二次整形热压工艺技术，确保线圈导线整齐排列，匝间牢靠粘结，形状一致良好。定子线圈端位置可采取当前大型电机中应用的绑扎材料进行处理，确保牢固可靠，具有良好的通风性且不会快速老化。转子绕组可装散热匝，转子线圈对地绝缘应用翻边结构，有效预防发电机持久运行过程中油污以及灰尘飞进磁极铁心以及线圈内，并可显著提升对地耐压水平。

定子铁心应选择优质导磁材料，例如冷轧硅钢片以提升迭装系数，缩减定子铁心损耗，提升发电机整体运行工作效率。在更新发电机通风结构的过程中应利用三维温度场研发成果设计散热，依照各个季节、发电机具体出力状况、风温水平，调整发电机的总体风量，缩减热风温度以及风摩消耗，以提升发电机出力以及应用服务寿命。

另外，可通过电子计算机系统进行设计优化，通过软件工具完成电磁计算，选择最合理的技改方案，设定发电机具体的电磁属性，并选定最科学有效的结构尺寸。

5 水轮发电机组运行方式

水轮发电机具体的运行方式依照带负荷有并网以及单机两类模式，依照调速器控制模式则包含自动以及手动运行两类。各类运行方式均要把握科学原则，重视要点问题。水轮发电机组带负荷运行过程中，通常中小型水轮发电机组采用并网基础运行方式，其工况变化需要利用切换控制设施实现。该过程中应依照相应的操作规程完成，以保证切换过程机组的可靠安全性。并网运行机组调速器应依照系统地位与负荷属性明确转差系数。中小型机组向大电网并入均承担了基础负荷，调速器转差系数应取百分之八。系统变化负荷可由调频以及跳调风机组进行承担，确保系统频率固定的同时此百分之八机组符合保持不变。仅有在系统负荷出现明显变化，导致稳定频率发生变化之时，此机组符合方会出现较少的变化。倘若并入大电网之中的小机组错误的将转差系数标定为很小的数值或是归零，那么此机组会在零值以及满载的状态产生功率摆动。仅有在系统无差调频机组方允许此转差系数调节为零。机组单机在孤立负荷的运行阶段中，那么孤立系统负荷均需要由一个机组承担。该状况之下运行机组，对调速器装置、励磁装置自动调节属性具备较高的标准要求，进而既能符合用户有功以及无功符合标准，还可确保电能频率以及电压水平的可靠稳定。

试运行机组第一次带负荷运行过程中需要利用逐级增加负荷的方法，分别在中小负荷、大负荷以及满载状况下运行一定时期，便于在各类符合标准下全面验证机组水力、机械以及电气属性。在渐渐加大负荷的阶段中，应细致搜寻机组有可能包含的振动区，便于正常运行过程中避开此不利工况。针对试运行机组应做好甩负荷校验，即在周密准备、全面组织下开展，严格依照额定负荷四分之一、二分之一、四分之三以及百分之百的次序从小至大逐层开展。仅有在小负荷转差系数实施甩负荷试验均正常合理，也就是机组水压提高、转速加大的最高值以及过度阶段均契合规定标准，不高出允许量，没有各个异常状况之下，方准许甩更高级别的负荷试验。该过程应严格监控机组水机电状况，并对各类主体数据进行必要的记录。

6 结语

水轮发电机组为整体电站的核心设备，完善系统改造将显著提升水轮机整体运行工作效率，扩充年度发电量，为我国提供更丰富的电力能源，缩减二氧化碳整体排放。为此应注重水轮发电机组更新改造，确保其可靠安全运行，总结合理的方式方法，抓住要点问题，方能达到事半功倍的工作效果，创设显著的经济效益与社会效益，实现可持续的全面发展。

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