【正文】 61 XX 省 XX 縣 石門 水 電站增效擴容改造工程 初步設計報告 6 電工、金屬結構及通風空調 審 查： 校 核： 編 制： 62 目 錄 水 力 機械 ………………………………… … ………….……...…6 3 電氣一次 ……………………………………………….… ..…6 9 電氣二次 ……………… ………… ………… ………………....6 18 金屬結構 ……………………………………… .…… ……….…6 24 通風空調 ……………………………………… .……………….6 24 附表 ……………………… ………… ………… ...…………….6 25 63 6 機電 、金屬結構及通風空調 水力機械 電站現(xiàn)狀 石門水電站位于廣東省新豐縣小鎮(zhèn)與梅坑兩地區(qū)之間，是一座高水頭引水式水電站。電站現(xiàn)有三臺沖擊式發(fā)電機組，水輪機型號 CJ461W120/1 ，發(fā)電機型號為 TW215/4712， 總 裝機容量為 3 2020kW，年發(fā)電量 2238 萬 kWh，年利用小時 3730 小 時，在新豐縣電網系統(tǒng)中起著重要的 作用。 機電設備改造的必要性 ① 機組參數與水能參數不符 由于石門水電站為徑流式電站，僅有一個日調節(jié)水庫，有效容積僅 9 萬 m179。，每年有大量棄水，水能沒有得到充分的利用。根據水文計算結果，現(xiàn)電站的水能參數與機組參數已不相符，機組存在一定的增容空間。 ② 機組效率 水輪機及發(fā)電機均為上世紀 80 年代的產品，受當時設計及制造水平的限制，水輪機的效率較低，真機與現(xiàn)在的優(yōu)秀轉輪相比，其動能指標（流量、效率）明顯偏低，效率相差 3%～ 5%左右，存在增效的余地。 ③ 機組運行的 可靠性 機組運行至今已 26 年，期間沒有進行過技術改造，已經到了報廢年限。 水輪機協(xié)聯(lián)差、故障率高、漏水嚴重，轉輪經過多年的運行，存在空化現(xiàn)象，影響了水輪機效率和機組的穩(wěn)定運行。發(fā)電機為 B 級絕緣，絕緣等級低，且呈逐年下降的趨勢，定子、轉子鐵芯溫度高，機組震動大，損耗較大。 ④調速器性能 電站 3臺調速器為 天津水電控制設備廠 生產的 YT600型機械液壓型調速器。經多年運行不論是機械液壓部分還是控制部分均存在很多問題，性能指標已達不到調速器基本技術條件要求。 綜上所述，由于機組設備陳舊老化、性能下降、故障頻發(fā)，嚴重影 響了電站 64 的安全運行；轉輪的空化、汽蝕、低效率和水能的不充分利用造成了電站電量效益的損失，目前三臺機組最大出力只有 5600kW，電站的增效擴容改造勢在必行。 機電設備改造的可行性 從經濟的角度 上來講，電站改造盡量保留原有水工建筑物，水輪機需改造的相關部件以及其它機電設備的改造工作在枯水期完成，建設周期短，建設投資相對較少。同時，使電廠在施工建設期的發(fā)電效益的損失也降到最少，取得較好的經濟效益。 從 技術 的角度 上來講，隨著設計技術與制造工藝的進步，已有大量的新型轉輪被研制并用于實際工程，使用性能優(yōu) 越的新式轉輪取代舊轉輪來提高機組性能是完全可行的。電氣設備的性能與自動化水平也發(fā)生了日新月異的改變，電站的電氣設備的升級改造難度不大。 所以，電站的增效擴容改造是 一項 技術上可行，難度不高， 投入少產出多 的效益顯著的項目 。 電站的水能參數 根據水文規(guī)劃專業(yè)提供的計算成果并對機組進行現(xiàn)場調查了解，本階段維持原機組的水位及額定水頭不變，改造前后電站的水能參數如下： 表 61 工程特性 表 項 目 名 稱 單位 原始參數 現(xiàn)設計值 前池水位 最大水位 （ m） 正常水位 （ m） 最低水位 （ m） 下游水位 噴嘴中心高程 （ m） 水 能 最大水頭 （ m） 226 加權平均水頭 （ m） 218 設計水頭 （ m） 217 65 最小水頭 （ m） 213 裝機容量 （ kW） 3 2020 3 2200 多年平均發(fā)電量 （ 萬 kWh） 2238 2866 年利用小時數 （ h） 3730 4342 機電 設備改造的原則 為減少工程量，縮短施工期時間，節(jié)省投資達到增效的目的， 經與業(yè)主協(xié)商后 制定了 石門電站 增容改造的設計原則： (1) 水庫水位和尾水位等都維持不變， 水輪機額定水頭 為 ，機組的單機容量 由 2020kW 增容到 2200kW。 (2) 水輪機基礎及埋入部分保留不動 ， 水輪機整體進行更新。 (3) 電站油、水、氣管路系統(tǒng)在滿足要求的前提下，盡量予以使用。 (4) 選擇抗空化性能更優(yōu)越的轉輪，維持水輪機的安裝高程不變。 (5) 水輪機主軸與發(fā)電機大軸的連接位置保持不變。 (6) 在設備布 置合理與設備運行維護方便的前提下，盡量減少土建工程量，保證廠房結構與設備安裝的可靠性。 (7) 合理確定施工順序與施工期，縮減電站在改造期的電量損失。 機組選型及適應性分析 水輪機額定水頭 由于本次增效 擴容機組裝機容量變化較小，水輪機額定流量變化也較小， 引水系統(tǒng)水力損失也會有少量的變化。根據水工計算成果， 引水系統(tǒng)水力損失 為，即取水輪機額定水頭為 。 水輪機機型選擇 電站總裝機經過增效擴容后為 3 2200kW，由于 電站運行水頭范圍在～ ，水輪機 額定 水頭選定為 ， 經 查閱國內水輪機組廠家資料，最適宜該電站水頭段的水輪機轉輪型號有 CJA47 CJZH9。 以下就 66 CJA475 和 CJZH9 機組 進行比較 ，具體 比較 結果 見表 62。 表 62 機組選擇綜合比較表 經比較分析可知，方案一、方案二均為高水頭段較優(yōu)秀的混流式 轉輪，能量指標都較好，均在高效區(qū)運行。相對而言，方案 二 CJZH9W115/2 11 機型 轉輪出力及最高效率均 高于方案一，同時方案 二的高效區(qū)比方案一 廣，且運行加權平均效率優(yōu)于第一方案，兩方案機組的造價基本相同。 綜合比較后，認為方案二 機組技術經濟指標最優(yōu)、最適合本電站采用。原水輪機組的額定效率僅為 %，更換新轉輪后，水輪機的效率可達 %，經過增效擴容后，水輪機的效率增加了 %左右，機組的裝機容量由 2020kW 增加到 2200kW，單機額定流量由 179。/s 增加到 179。/s，單位電量 耗水量由179。/kWh 減少到 179。/kWh，降低比例為 7%，具有一定的經濟效益。方案 二 選用的 CJZH9 系列機組有實際運行電站例子、運行情況較好。本次設計推序號 項 目 方案一 方案二 1 水輪機型號 CJA475W115/2 11 CJZH9W115/2 11 2 額定功率 N（ kW） 2150 2200 3 額定水頭 Hr(m) 4 額定流量 Q(m3/s) 3 3 5 轉輪直徑 D1(m) 6 額定轉速 nr（ r/min） 500 500 7 單位轉速 n1， （ r/min） 8 單位流量 Q1’(L/s) 9 額定工況點模型效率 η m(%) 10 效率修正直△η（％） + + 11 真機效率η T(%) 12 水輪機出力 3 2261 3 67 薦 CJZH9 機型為本電站采用主機。 發(fā)電機改造 根據 水輪機的改造方案，改造后的發(fā)電機額定出力應達到 2200kW，額定轉速 500 r/min。 改造的基本方案是： 在新發(fā)電機機座與原機座進行尺寸對比后，對發(fā)電機基礎底板和原 機座 進行局部調整 ，更換定、轉子線圈和絕緣，加大導線截面，提高槽滿率。 (1) 定子拆除舊線圈，清理干凈定子 鐵芯并進行鐵耗試驗，若鐵芯局部溫度過高或噪聲過大，作相應處理。 (2) 定子線圈作 F 級更新，采用 F 級雙玻璃絲包銅線、 F 級粉云母帶按 F級絕緣工藝、防暈規(guī)范制作定子線圈，進行定子組裝及 F 級絕緣處理。 (3) 轉子線圈作 F 級更新。層間用環(huán)氧玻璃胚布，按 F 級絕緣工藝制作磁極線圈，同時采用 F 級材料包裹磁極極身，磁極阻抗試驗。進行轉子組裝，并做靜平衡試驗。 (4) 更換所有測溫元件，測溫電阻改用 PT100。 (5) 更換集電環(huán)。 (6)優(yōu)化發(fā)電機電磁方案。 改造后的發(fā)電機的主要技術參數應不低于表 63 水平 。 表 63 發(fā)電機主要參數表 序號 項 目 參 數 1 型號 SFW220012/1730 2 額定容量 2200kW 3 額定電壓 6300V 4 額定電流 252A 5 功率因數 (滯后 ) 6 額定效率 ?g ≥95% 7 額定頻率 50Hz 8 額定轉速 500r/min 68 9 飛逸轉速 1100r/min 10 轉動慣量 m2 10 絕緣等級 F 級 機組的適應性分析 由于機組更換新