新疆阿勒泰市塘巴湖水电站增效扩容技改

娜孜拉·吐斯布那比

(新疆阿勒泰地区水利水电勘测设计院，新疆 阿勒泰　836500)



新疆阿勒泰市塘巴湖水电站增效扩容技改

娜孜拉·吐斯布那比

(新疆阿勒泰地区水利水电勘测设计院，新疆 阿勒泰836500)

塘巴湖水电站3台水轮发电机组均发现水轮机部分磨损严重、发电机绝缘等级低、机组整体效率下降、出力严重不足等问题，存在严重安全隐患。本文分析了机组结构，应用新工艺、新技术，提出了处理方案与实施措施。

机组磨损；效率下降；技术改造

1　概　述

新疆阿勒泰市塘巴湖水电站位于阿勒泰市红墩乡境内克兰河下游，在阿勒泰市以南30km，有柏油公路相通，阿勒泰市至乌鲁木齐有“216” “217”两条国道相通，项目区交通便利。地处东经88°08′，北纬47°38′，海拔高程661～667.84m。

塘巴湖水电站始建于1977年，1982年投入运行，为坝后式电站，装机容量3×320kW,设计流量13.5m3/s，设计水头8.1m，设计年发电量432万kW·h，年利用小时4500h。因建设期间尾水渠渠底没有开挖到位，造成尾水不畅，电站建成投入运行时最大出力只能达到700kW左右，年发电量约300万kW·h。电站经过近26年的运行，水轮发电机组、励磁、调速器等辅机设备严重老化，控制保护设备部分损坏，电站最大出力只有480kW左右，近年来平均年发电量约220万kW·h。

因此，急需改造塘巴湖水电站3台ZD560-LH-100型水轮机，更换转轮、导水机构、主轴密封和水导轴承，使电站最大出力由3×240kW增至3×320kW，以达到机组设计的额定容量，年平均发电量428万kW·h，其中扩容增效128万kW·h。

同时，在保持原有机坑位置不动的前提下，进行发电机定子线圈、转子线圈的增效扩容改造设计、装配。

2　机组设备主要参数

2.1水轮机主要参数

水轮机主要参数如表1所列。

表1　水轮机主要参数

2.2发电机主要参数

发电机主要参数如表2所列。

表2　发电机主要参数

3　水电站技术改造的内容

3.1水轮机部分

改造塘巴湖水电站3台ZD560-LH-100型水轮机，更换转轮与导水结构；更新主轴密封和轴瓦。

3.2发电机部分

原发电机为320kW，发电机定子、转子线圈老化，绝缘等级为B级，发电机运行温度很高。经计算，发电机的温升不能满足增容后的要求，因此需对发电机的定子、转子线圈进行更新，绝缘由B级改为F 级。增加上下档风板，以增加发电机通风冷却效果。

4　机组技术改造方案分析

4.1总体设计思想

根据水电站的设计参数和技改要求，应用选型软件对机组性能结构等进行详细计算、分析比较后，选用ZD502型转轮，转轮直径为1m时，机组能运行在高效区。

根据该电站的基本参数，经多种方案的综合比较，最后选定水轮机型号为ZD502-LH-100。主要基于以下几点考虑：

a.为使电站逐步实现“无人值班、少人值守”的现代化电站，为电站配置较好的机组成套设备。

b.为创造更多的经济效益、保证机组出力、充分利用流量，选择高效率转轮ZD502型谱，该转轮为各项性能先进的轴流式转轮，已成功应用于众多电站，且通过了用户最终验收。该转轮具有空化性好、高效率、性能优越等特点。ZD502-LH-100型水轮机的最高效率达92.0%，额定点效率达90.8%，且该转轮的突出优点是使水轮机在规定的水头范围和导叶开度范围均处于高效率，而单机的引用流量仅5m3/s，具有较大的超发余量，在额定出力情况下，电站各水头段均处于高效率区，能满足电站的装机及超发要求。

c.各局部部件采用抗磨蚀材料，对水轮机结构做优化，转轮采用VOD技术真空精炼铸造，使浆叶叶片材质致密、型线准确、效率更高。

4.1.1选型计算

新旧转轮参数比较，其基本参数见表3。

表3　新旧转轮参数

4.1.2效率修正

按GB/T 15468-2006《水轮机基本技术条件》中混流式效率换算公式:

=90.8%+0.89%=91.7%

4.1.3改造后机组的主要技术参数

水轮机型号及主要技术参数见表4。

表4　水轮机型号及技术参数

4.2主要工艺方案

水轮机采用抗磨蚀和保证水轮机效率的措施。

a.水轮机转轮叶片采用精密铸造、组合样板检查，保证了叶型与模型的相似性及尺寸的精确性，提高了水轮机的效率。转轮体上端间隙式密封处堆焊有抗磨蚀性能好的材料。

b.在顶盖、底环的过流表面设有可更换的护板。

4.3定子线圈更换说明

发电机定子改造将绝缘材料的绝缘等级提高至F级，增大线圈断面尺寸，定子线圈改造后，额定出力不低于320kW。

该机定子线圈由多匝叠绕组成，每匝由多股并联的SBEB双玻璃丝包线编织而成，并以5440-1桐马环氧粉云母带连续绝缘，模压固化成型，为保证定子线圈的绝缘强度有足够的裕度，主绝缘厚度按加强型绝缘要求选取。

为保证定子线圈的几何尺寸精确、绝缘整体性好、电气绝缘性能优良，定子线圈的成型采用全模压热固化成型工艺，定子线圈防晕处理采用一次成型加表面涂敷的防晕结构以满足防晕要求。

为使定子线圈能够承受电磁力及振动造成的机械破坏，特别在突然短路的工况下不致产生有害位移和变形，造成绝缘损伤、匝间短路等故障，确保发电机长期安全运行，该机槽采用槽楔结构，并在槽底及楔下垫条与线圈之间放置浸有低半导体漆的适应毡。对端箍绝缘做重新包扎处理。线圈斜边间隙用绝缘间隔垫片包以经过浸漆处理的适应毡塞紧并绑牢。为防止定子线圈下沉，在定子线圈槽口处设有槽口垫块，塞紧并与线圈绑扎牢固。

为保证定子线圈质量，定子线圈制作严格按照DS/ZJ 011-2002《水轮发电机产品质量分等规定》的要求执行。

a.定子绕组由单根线圈组成，各支路并联。主引出线和中性点引出线的绝缘应为线电压级全绝缘。

b.定子绕组应采用罗倍尔换位或更先进的换位方式，以减少附加损耗和股间温差。

c.定子线圈应保证导体四边绝缘厚度均匀，并是严密、无气隙、具有弹性、均匀圆滑、无明显棱角和尖角的整体，并具有良好的电气性能、机械性能、抗老化潮湿性能和不燃或难燃特性。难燃特性应符合IEC标准。

d.定子线圈应具有互换性。

e.定子线圈采用立式嵌线方式。线圈在定子槽内与定子铁心配合应紧密，并采取适当材料以保证线圈在槽中紧固良好。

f.定子线圈的端部和连接线均应牢固可靠地支撑和固定，以防止发电机发生短路而引起作用力时产生变形和振动。绕组间在端部用垫块隔开，以保证通风良好。绕组两端支撑用端箍采用非磁性高强度钢材，以减少涡流损耗。

g.定子绕组应具有良好的防电晕和耐腐蚀能力，在槽部、端部等应采取防晕措施。定子线圈的端部绝缘，应采用防晕层与主绝缘一次成型的结构。

h.定子绕组所有接头和连接应采用银铜焊工艺。接头绝缘与线圈至绝缘的搭接长度应符合有关规定要求。

i.定子绕组在冷态下，各分支路直流电阻最大与最小两相间差值，在校正由于引线长度不同引起的误差后，应不超过最小值的2%。

j.定子组装。定子机座在现场拆旧线圈，并组装、安装新线圈。

4.4转子线圈更换改造说明

转子线圈改造采用增大线圈断面尺寸的方法来达到目的，根据原机组截面尺寸及绝缘厚度状况，通过计算，将转子绕组铜线截面尺寸加大并提高绝缘等级至F级，保证线圈在F级绝缘下的绝缘厚度，从而达到增效扩容的目的。

a.转子磁极必须紧靠磁轭，不允许有第二气隙。

b.转子磁极在厂内组装完成后运往工地，出厂时，对配重磁极的编号及每极重量进行标注。

c.磁极铁心采用由拉紧螺杆(进口)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。

d.磁极绕组的绝缘符合GB755中规定的F级绝缘。绕组材料为无氧退火铜排。铜排表面应光洁，边缘不得有锯齿状缺陷。绕组由铜排经银铜焊接而成。极间连接线的截面积大于绕组铜排截面积，其布置和连接装置方便拆卸单个磁极。

e.绕组匝间绝缘与相邻匝完全黏合且突出每匝铜线表面，首末匝与极身和托板间有防爬电的绝缘垫，其爬电距离满足要求。磁极绕组经过加压热处理，匝间无间隙，保证组装紧固。线圈及整个磁极的固定能保证在发电机的所有运行工况下不发生有害变形。同时采取相应的措施以补偿绝缘材料的收缩并在磁极线圈上维持适当的压力。磁极绕组、绝缘及极间连接线的连接结构、绝缘性能能同时承受运行时的振动、热位移和飞逸转速下的应力，能承受短路和不平衡电流无机械的、电气的损坏。

f.发电机具有交直轴阻尼绕组，阻尼绕组具有低电阻值、结构坚固的特点。阻尼条与阻尼环的焊接采用银铜焊。阻尼绕组及其连接经过对支撑加固，防止由于振动、热位移以及飞逸转速下的应力造成机械故障，并具有承受短路和不平衡电流的能力。磁极之间的阻尼环连接片在设计时考虑了机械力和热应力，在其作用下能产生一定的容许变形，其与磁极线圈间有足够的安全距离，且易于拆卸相关的磁极。

g.采用带散热厄的磁极绕组，绕组的温升测量方法及运行时的温升值满足规定的要求。

5　结　语

水电站通过增效扩容改造，电站出力由原来的700kW提高到960kW，增加了37%；年发电量由原来的300万kW·h，增加到428万kW·h，增加了42.6%。比水利部提出的年发电量增加20%超出22.6%。机组改造后，提高了机组的运行效率，充分利用了汛期的大量弃水，极大提高了电站的经济效益。且电站是在原有厂房、管路、设备的基础上进行扩机，基础设施变动少、投资小、见效快、周期短、回报率高，是老电站短、平、快滚动发展的最佳捷径。

此类增效扩容技术改造，具结构简单、维护方便、运行可靠、成本低、经济适用的优点，值得大力推广。

[1]哈尔滨大电机研究所.水轮机设计手册[M].北京：机械工业出版社，1976.

[2]哈尔滨大电机研究所.发电机设计手册[M].北京：机械工业出版社，1976.

[3]GB/T 50700-2011小型水电站技术改造规范[S].北京：中国计划出版社，2012.

Efficiency increase and capacity expansion technical renovation in Xinjiang Altay Tangbahu Hydropower Station

Nazila·Tusibunabi

(XinjiangAltayWaterResourcesandHydropowerSurveyDesignInstitute,Altay836500,China)

Three turbine generator units in Tangbahu Hydropower Station have the problems of turbine partial serious worn-out, low power generator insulation level, decreased unit overall efficiency and serious output insufficiency, etc. More serious security hidden danger is produced. In the paper, unit structure is analyzed, new technology and new process are applied. Treatment scheme and implementation measures are put forward.

unit wear-out; efficiency decrease; technical renovation

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.04.011

TV212

B

1673-8241(2016)04- 0041- 04