南水北调洪泽站反转发电运行管理思考

杨红辉

【摘要】南水北调洪泽站主机组反转发电项目，是在不影响南水北调调水功能的前提下，利用洪泽湖弃水资源进行水力发电的项目，符合国家节能政策，既节约投资又能发挥泵站工程综合效益。

【关键词】南水北调；反转发电；运行管理

1、工程概况

洪泽站是南水北调东线第三梯级泵站之一，其主要任务是通过与下级金湖站联合运行，由金宝航道、入江水道三河段向洪泽湖调水150m3/s，并结合宝应湖、白马湖地区排涝。泵站安装立式全调节混流泵5台套，设计扬程6m，单泵设计流量37.5m3/s，转速125r/min，采用真空破坏阀断流，配套同步电机功率3550kW、电压10kV。另装有1000kW定浆水轮发电机组。变电所电源从洪泽县朱坝变电所引接，由一条110kV架空线接入，主变容量25MVA。

按照国家发展清洁能源的政策，为发挥洪泽站工程综合效益，经江苏水源公司同意，资源开发中心组织开展洪泽站主机组反转发电开发项目。本项目是在泵站原抽水功能的基础上增加发电功能，在保证洪泽湖防洪安全的情况下，在不影响泵站调水高效、稳定、可靠运行的前提下，通过对发电接入电力系统和站内部分机电设备的改造完善，利用弃水使洪泽站5台主机组反转运行发电。在发电运行工况下，单机流量约30m3/s，电机功率400～1000kW，额定电压10kV，额定转速125r/min。

2、设计制造情况

2.1水工建筑物设计

根据泵站翼墙安装小水能发电机组的需要，在设计阶段，对洪泽站泵站站身及上下游河道等水工建筑物进行考虑，特征水位按照站上最高水位14.50m、下游水位7.50m设计，并实施。

2.2水泵设计制造

经过水泵装置模型试验验证，主水泵具备正向抽水、反向发电功能。主水泵的结构设计考虑了长期反向发电的运行工况，叶轮、主轴、导轴承、主轴密封、受油器等与转向有关的部件的结构及机械性能均兼顾了两种运行工况。反向发电运行时，可通过调节叶片角度来实现调流和保证水泵运行的稳定性。

2.3电机设计制造

因同步电机具备正向抽水、反向发电功能，电机在设计和生产制造时是按长期工作在顺时针和逆时针两种运行方式进行的。电机的结构、主要部件与材料、紧固件、通风散热、推力轴承、导轴承以及电气和机械性能等指标均兼顾了两种运行工况，以保证在电动和发电状态下能获得最大效率，电机能平稳运行。

3、发电运行及分析

3.1运行情况

2016年8月23日～8月24日，洪泽站进行了主机组反转发电试运行，5台机组联合试运行1小时16分钟，累计发电10小时9分钟。经统计，在4.4～4.6m水头下，-6～-5°叶片角度下，平均发电功率在525～680kW。

2016年10月31日～11月1日，洪泽站正式投入主机组反转发电运行，水头在5.5m下，发电功率最大至955kW。2016年11月9日～12月16日，洪泽站投入主机组反转发电运行，水头4.7m时，泵站上游测得流量为173m?/s。经初步计算，主机组发电效率约为48.5～49.9%。

至2016年底，洪泽站主机组反转发电累计运行43天，总发电量350万度。

3.2运行数据分析

3.2.1电机定子温度随发电功率变化趋势及分析

因水头变化很小，发电功率及定子温度变化均很小，趋势不明显。

3.2.2電机轴承温度变化趋势及分析

因冷水机组设定温度不变，稳定运行后，电机轴承温度基本不变。

3.2.3电机振动变化趋势及分析

经现场调试，叶片角度在-5°～-6°时，振动最小，叶片角度变大或变小，振动均相应增大。

3.2.4水泵摆度随发电功率变化趋势及分析

洪泽站未进行摆度测试，但根据运行观察，机组运行稳定，摆度未见摆度异常。

3.2.5水泵噪声随发电功率变化趋势及分析

因发电功率变化很小，噪声变化趋势不明显。

3.2.6水泵发电功率和水头关系分析

在叶片角度为-6°，水头4.5～5.5m时，机组功率为588～1014kW，水头增加，相应的功率也增加。

3.2.7发电运行时功率（电流）实时变化分析

发电功率主要受水头、叶片角度及真空度影响，在叶片角度不变情况下，水头变大，发电功率增大；真空度变小，发电功率减小。

3.3现场检查及测试

3.3.1机组机械部分检查情况（机械松动、管道漏油、基础螺栓等）

发电运行过程中，机械无松动，基础螺栓紧固，5台机组受油器存在甩油现象，已分别进行了处理。

3.3.2电机、水泵振动测试及结果分析

经测量，发电运行时，振动与噪音均在允许范围内。

3.4效益分析

至2016年底，洪泽站主机组反转发电累计运行43天，总发电量350万度，发电收益约126万元。考虑收益分成，以及折旧、大修维修、税金等，不考虑运行管理费用，经测算，年度发电支出约41.74万元。实现当年投资、当年建成、当年发挥效益、基本收回成本，经济效益明显。

4、运行中存在的问题

在发电运行过程中，洪泽站加强人员调配，值班人员严格执行各项规章制度，确保机组安全运行。运行过程中设备设施运行良好，但是也存在一些问题，主要有：

4.1 5台机组受油器甩油，经检查，原因为受油器下密封圈老化及下密封套法兰焊缝存在缺陷，现已进行了处理。

4.2 3#、5#真空破坏阀漏气，经统计，在相同水头及叶片角度下，平均功率比密封完好情况低5%～10%。

4.3 检修层渗水明显，已进行了初步处理。

4.4 主电机继电保护装置缺少过周保护，运行时存在安全隐患，现已增加并校验。

4.5 对照泵站抽水试运行记录（机组噪音92.3～92.9dB，机组垂直、水平方向最大振幅分别为0.016mm、0.012mm），发电运行时振动比抽水运行时略偏大，噪音比抽水运行时略偏小。

4.6 发电运行时通常情况洪泽湖水位较高，此时三河闸泄洪概率较大，如三河闸泄洪超过2000m?/s，洪泽站下游将超过9.5m，需停止发电做好防汛准备。这个过程中洪泽站无法控制站下水位，且站下水位变化较大，给发电运行管理造成了困难及隐患。

5、结论

依据泵站技术管理规程（GB/T30948-2014）以及南水北调运行管理规定，洪泽站机组在发电工况下，运行基本正常，机械设备状态良好，机组振动小于规程规定值。建议工程管理单位在今后主机组发电时，继续加强运行管理，总结运行经验及发电水位组合，确保主机组发电运行安全。

参考文献：

[1]王钧，程建华，叶新霞，陈懿.南水北调东线一期工程洪泽站结合水能开发利用方案研究.《中国水能及电气化》， 2009（9）：33-36.

[2]张健.南水北调东线一期工程洪泽站优化运行方法研究.《扬州大学》， 2014.