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关于云南富阳河老旧水电站改造技术方案

富阳河电站改造技术方案 一、工程概况 富阳河电站于 1983 年投产运行,现装机为 3×400kW, 设计水头 195 米,设计流量 0.807m 3/s,电站为坝后全钢管引水式;电站采用三台冲击式水轮发电机组,电气控制部分 为电磁式,现老化严重,故障率较高。电站主变容量为 2×800kVA(新更换)。 压力引水钢管主管全长 1137.37m,其中进水口主管直径为 1.0m,长度为 32.942m;后 渐变到直径 0.6m,长度为 1104.428m;随后至厂房前分岔,采用三个“卜”型岔管经阀前 渐变段变为直径 0.30m 后进入厂房内分接三台水轮发电机组。 二、电站现状 富阳河电站原装机 3×400kW,原设计水头为 215m,由于多种因素限制原设计参数与 电站建成后实际参数偏离较大。现电站实际运行参数:三台机组不发电时机组阀前压力表 静压 200m;一台机组发电时机组阀前压力表读数 200m;三台机组发电时机组阀前压力表 读数 190m。现电站单机能够满发,三台机组同时投运时少数时候最大总共能发至 1150kW, 大多数情况总共只能发到 980kW。 富阳河水电站从多年运行情况观测分析,存在大量弃水,增容技改潜力巨大;同时由 于机电设备老化和效率低下,导致对水能利用不充分,故需对机电设备进行扩容改造,充 分利用水能资源。 三、增效扩容的改造技术要求 为提高水能资源的利用率及设备的运行使用安全,对富阳河电站实施增效扩容改造, 将有利于国家节能减排的需要,增效扩容的改造要求如下: 1、增效扩容改造后电站装机规模由 3×400kW(实际 980 kW)提高到 2×630kW。 2、不改变现有厂房总体布置前提下实现增容目标。 3、水轮机、发动机、调速器、机前闸阀和电气设备的主要设备应附有主要技术参数。 所有设备产品应附有产品出厂合格证。 14 4、技改机组装机必须满足 10%的长期过载能力,发动机绝缘等级为 F 级,为无励磁碳刷 机组,机组技术参数必须满足国家相关技术标准,发动机直流耐压试验、机组甩负 荷试验及过载能力的技术参数满足相关技术规范要求,所有设备 72 小时试运行必须 满足相关技术要求,要求配备提供有相关机组备品、备件。 5、微机调速器行程和关闭时间满足相关技术要求,油压装置必须通过德宏州技术监督 局的检验合格。并配备有调速器备品、备件。 6、机组前闸阀自动和手动开启、关闭满足国家相关技术要求。 7、电气综合控制部分由厂家具体做方案,主要设备应注明生产厂家和相关技术参数, 一体化自动化控制屏应满足测量、控制、励磁、保护、同期、远程监控、一次回路 等功能齐全。 8、机组、调速器和电气部分应提高完整的 4 套竣工图纸,并附有一份电子版图纸。 四、水轮发电机组及附属设备改造方案 1、电站设计基本参数 装机容量 N 2×630kW(现推荐方案的装机容量) 额定水头 Hr 180m 2、机组选型方案说明 我公司根据富阳河电站运行的实际情况并结合电站现有压力钢管引水布置图,按 照电站提出的相关要求:利用原有厂房及设备基础,不对水工建筑物、输水渠道及压力管 道做大的调整的前提下,结合电站现场实际情况,现提出如下具体改造推荐方案: (1) 装机容量方案说明 我公司经对富阳河电站现有压力钢管引水布置图做详尽分析并结合电站的实际情况, 考虑到过大的装机容量必将带来引水压力钢管管径的增大,电站方将不得不对压力钢管进 行更换,由此带来改造成本的巨额上升以及诸多问题,故我公司装机容量推荐方案本着确 保现有装机容量并适度增容的原则,现推荐的电站装机容量为 2×630kW,分析如下:  根据电站方来厂考察了解的情况,采用我公司推荐装机容量方案 2×630kW 相比 电站原装机容量 3×400kW,总装机容量增容 5%,考虑到改造后单机留有 10%的超 发余量,电站总的增容幅度相比原来在 5%~15%之间。  经我公司对压力引水钢管做相关计算,上述增容幅度下压力钢管主管流速 V 从原 来的 2.86m/s 提高至 3.3m/s(两台机超发时在 3.55m/s 左右),确保流速水平控 制在较为合理的水平,避免发电水头因流速水平过高带来水头损失过大而下降太 15 多。  我公司推荐方案的装机容量将原电站的 3 台机组变为 2 台机组,对最远端的那台 机组废弃不用,避免了对该台机组改造时土建改造上的巨大困难,只对后两台机 组的岔管段进行改造,改造工作量小,成本低,增容的装机容量技术上有切实的 保障。 (2) 额定水头选择说明 在确定了电站改造增容的装机方案的前提下,我公司对对富阳河电站现有压力钢管 引水布置图做详尽的分析和计算,对压力钢管的水头损失进行了计算和预估,结合工程实 际经验,我公司预估 2 台机组满发时的发电站水头在 185m 左右,考虑到电站实际运行 10% 的超发余量,我公司推荐方案将额定水头确定为 Hr=180m,以便留有足够的超发余量,并做 以下选型推荐方案。 (3) 机组选型方案 改造后机组真机参数 装机容量 2×630kW 水轮机机型 CJA475-W-90/1×11 保证出力(kW) 685 最大出力(kW) 753 额定转速(r/min) 600 额定水头(m) 180 单位转速(r/min) 40.25 单位流量(m 3/s) 0.025 额定点模型效率(%) 89 额定流量(m 3/s) 0.437 最大飞逸转速(r/min) 1032 发电机型号 SFWE-W630-10/1180 调速器 CJWT-1/1-4.0 综合控制屏 五合一无刷励磁综合控制屏 主阀 Z941H-4.0-DN400 (4)改造方案说明 16 作为增效扩容的电站来讲,水轮机所选机型必须匹配电站现有厂房布置尺寸,同时 还必须满足水轮发电机组过渡过程控制性指标的要求,以确保电站最终安全稳定运行。针 对以上要求,我公司主要从以下几个方面来保证: (1)优化选型 合理选择工况,保证留有足够的超发余量,获得更多的季节性电能,提高电站发电 效益。 (2)结构设计制造上 ①在真机设计时,喷嘴结构采用直喷嘴结构,替代一些小厂家采用的弯喷嘴结构, 有利降低水头损失,提高水力效率,一般情况下采用直喷嘴结构相比弯喷嘴结构效率提高 3%~5%,有利于多发、超发。 ②结合电站原厂房及流道布置,优化结构设计,使得改造后机组相关接口尺寸与原 电站保留部分实现良好匹配。 ③ 机壳及直喷管采用全焊接结构,增加刚强度,降低采用铸件所不可避免出现的铸 造缺陷,增加机座外观精细度。 (3) 材料选用方面 针对该水电站,我公司对关键过流部件--转轮叶片采用抗磨蚀性能优良的低合金钢 材料 ZG20SiMn,以增强转轮及过流部件的抗磨蚀能力,达到延长机组大修周期及使用寿命 的目的。水轮机主要部件材质列表如下: 水轮机主要部件材质表 水轮机部件 材质 转轮 ZG20SiMn 喷针 2Cr13 渗氮处理 口环 2Cr13 渗氮处理 机壳 Q235 直喷嘴管 20#无缝钢管 配水管 Q235 折向器 ZG230-450 3.水轮机结构说明 水轮机为卧式单轮单喷嘴水斗式水轮机。由转轮、喷嘴、机盖、机座和进水管装配 等组成。机组采用两支点结构。其转轮装于发电机轴上,藉键传递力矩,喷管由机座支承, 17 喷管前装有进水弯管,伸缩节与主阀。喷管上装有折向器,喷针接力器连于喷针杆上,折 向器与喷针由调速器通过液压控制机构操作。 本机的喷针接力器操作油源引自调速器的油压装置。 主要部件 转轮 转轮采用 ZG20SiMn 低合金钢整体铸造。水斗型线要求按(国际电工协会)IEC 标准加 工、检验,并采用 UT、MT 检查铸造质量,以保证运行安全可靠。转轮与主轴采用键传递 扭矩。 转轮加工完毕后,按照 JB/T6752-93 试验规程,在厂内做动平衡试验,为平衡用的塞 孔不得靠近水斗根部。 机座装配及平水栅 机座采用钢板焊接结构,由于冲击式机组承受的水力冲击较大,机盖、机座材质选用 Q235,具有足够的强度和刚度,具有防结露及消除噪音的措施,并便于检修。机座上设有 两根补气管,其作用是补充射流带走的空气,防止机壳内产生局部真空,消除机座内负压, 保证排流通畅。 平水栅安装在机座底部,要求与尾水平面保持一定高度,用于防止转轮出流及折向器 折向后的水流直接打到尾水面,同时也供安装和检修时做工作平台之用。 喷管和偏流器 (1)设计和制作 ①喷管、喷针、折向器的过流表面形线、喷嘴和转轮的相对位置和模型水轮机相似, 尺寸和形线偏差不低于 GB/T10969-1996“水轮机通流部件技术条件”的要求。 ②喷管采用直流内控式,用油压直接控制。正常工作油压等级为 4.0MPa。 ③喷嘴有一个折向器。折向器和喷针的位置没有协联关系,折向器在正常运行时不和 射流接触,折向器不参与水轮机小波动调节,甩负荷时在 2s 内偏转全部水流。 ④喷嘴设有喷针行程指示(mm)和开度指示(%),为将射流直径信号传递给调速器系 统,设有行程变送器,其满量程为 4~20mA 的模拟量输出做为调速器反馈信号。喷针设全 开全关行程接点。 ⑤喷针和折向器接力器的容量能保证在调速器压油罐内事故低油压减去管路损失所 形成的接力器缸内最低油压情况下,接力器所具有的总容量仍能充裕地在任何水头、输出 功率和暂态条件下按调节系统基本参数中规定的喷针和折向器关闭和开启时间内精确地 18 控制、操作喷针和折向器的全开和全关行程。 ⑥喷嘴、喷针、喷针接力器保证水轮机在整个运行范围内射流顺畅无旋流和涡流,不 发生任何水流诱发振动。 ⑦喷针和折向器所有具有相对运动的接触表面均为自润滑型,不需专设润滑系统。 ⑧折向器及其支承和操作机构有足够的强度和刚度,能安全承受最大水头全开度射流 的冲击,不发生有害的振动。 ⑨喷管用法兰和进水管连接,调整固定后能保持长期不变。 ⑩喷管便于拆卸,喷管上设起吊螺栓。 (2)材料 喷嘴、喷针头的材料采 2Cr13,并进行渗氮处理,具有良好的抗空蚀、抗泥沙磨损性 能。接力器活塞采用 45 钢制造;接力器油缸和喷管等采用可焊性好的铸钢制造。铸钢件 按有关规程进行质量检查。喷针头和喷嘴口的啮合表面经研磨啮合,保证投入商业运行初 期不漏水。 进水管装配 来自前池的压力水经钢管和进水阀装置,进入主进水管路,再进入喷嘴。主进水管路 其作用是将压力水流均匀、平稳地引入喷嘴装配。主进水管前端通过法兰与进水阀连接。 整个进水管路采用优质材料焊接而成,并经过水压试验,能确保安全工作。 制动喷嘴 机组设置反向水力制动喷嘴和相应的自动化元件供机组制动,采用自动和手动控制。