【正文】 ````` XXX水力發(fā)電廠3號(hào)機(jī)組技改工程可行性研究設(shè)計(jì)報(bào)告lX省X勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院二○○九年十月目 錄1 概述 1．1 工程概況………………………………………………………………….11 1．2 機(jī)組存在問題………………………………………………………………122 改造必要性 2．1 機(jī)組設(shè)備陳舊，技術(shù)落后………………………………………………….21 2．2 機(jī)組設(shè)備老化嚴(yán)重，事故率高…………………………………………….21 2．3 機(jī)組長(zhǎng)期帶病運(yùn)行，缺陷多………………………………………………222．4 水輪機(jī)通流部件磨蝕嚴(yán)重，不能保證安全運(yùn)行……………………….232．5 原電站的裝機(jī)容量選擇偏小，具有增容的潛力……………………….243 水文資料 3．1 流域概況………………………………………………………………….31 3．2 氣象……………………………………………………………………….31 3．3 水文基本資料…………………………………………………………….32 3．4 徑流……………………………………………………………………….34 3．5 洪水……………………………………………………………………….383．6 壩下水位～流量關(guān)系曲線……………………………………………..3104 改造可行性分析4．1 同類型電站改造情況………………………………………………….414．2 徑流調(diào)節(jié)計(jì)算………………………………………………………….434．3 經(jīng)濟(jì)合理性分析及方案選擇…………………………………………454．4 水力機(jī)械……………………………………………………………..464．5 電工…………………………………………………………………4124．6 機(jī)電設(shè)備清單………………………………………………………4184．7 主要建筑物…………………………………………………………4194．8 水力過渡過程計(jì)算………………………………………………….4255 工程進(jìn)度安排5．1 施工條件………………………………………………………………….515．2 施工方法…………………………………………………………………515．3 施工總進(jìn)度………………………………………………………………526 工程管理6．1 管理機(jī)構(gòu)………………………………………………………………..616．2 主要管理設(shè)施………………………………………………………….617 設(shè)計(jì)概算 7．1 編制說明………………………………………………………………71 7．2 設(shè)計(jì)概算附表………………………………………………………….728 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 8．1 安全效益分析……………………………………………………………81 8．2 增容效益分析……………………………………………………………..818．3 結(jié)論與建議……………………………………………………………..819 工程特性表…………………………………………………………………….........9110 附圖………………………………………………………………………………..1013X可行性研究 1 概 述1 概 述1 概 述1．1 工程概況X水力發(fā)電廠位于閩江沙溪支流九龍溪中游的永安市X鎮(zhèn)附近，距永安市區(qū)45km，現(xiàn)總裝機(jī)容量115MW（175MW＋220MW），是一座以發(fā)電為主、兼有防洪和灌溉效益的綜合利用工程，為X省“四五”計(jì)劃重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目的中型水力發(fā)電廠。X大壩為混凝土寬縫重力壩，高92m，屬季調(diào)節(jié)水庫。大壩設(shè)置三孔16m寬的溢洪道，引水系統(tǒng)和地面式廠房布置在大壩左岸。引水系統(tǒng)為一洞三機(jī)布置，調(diào)壓井后一分為二，分別引至2機(jī)組和3機(jī)組，2機(jī)組組成擴(kuò)大單元，配一臺(tái)63000 kVA 三卷變壓器；3機(jī)組為單元接線，配一臺(tái)120000 kVA雙卷變。110kV側(cè)接線為五角型接線，戶外敞開式布置。1971年底主體工程土建部分基本完成。1974年開始安裝水輪發(fā)電機(jī)組，1975年9月12日水庫開始蓄水。1機(jī)組（20MW）和3機(jī)組（75MW）分別于1975年10月28日和12月26日投產(chǎn)發(fā)電，h。由于3機(jī)組投產(chǎn)后一直存在著機(jī)組環(huán)形接力器在大開度漏油嚴(yán)重、調(diào)速環(huán)變形大等故障，調(diào)速器大開度受到限制致機(jī)組負(fù)荷受限，1977年通過一系列的整治將3機(jī)組出力從受限60MW提高到設(shè)計(jì)容量的75MW，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。1977年5月，2機(jī)組（）開始安裝，1978年10月22日投產(chǎn)發(fā)電，全部3臺(tái)機(jī)組先后并入閩北電網(wǎng)運(yùn)行。1978年底，省計(jì)劃委員會(huì)召開X水電站竣工驗(yàn)收會(huì)議，正式交付生產(chǎn)管理單位。1980年12月，通過對(duì)2水輪機(jī)的技術(shù)改造，由此3臺(tái)機(jī)組的總裝機(jī)容量達(dá)115MW。2006年4月1機(jī)組更新改造后投運(yùn)，改造后該機(jī)設(shè)備狀況一直良好。1．2 機(jī)組存在問題X水電廠3機(jī)從投產(chǎn)發(fā)電以來，已運(yùn)行34年，由于機(jī)組在制造時(shí)就存在質(zhì)量問題，且運(yùn)行年久，設(shè)備老化嚴(yán)重，主機(jī)方面存在著較多的問題。一是3機(jī)組在中、高水頭下運(yùn)行存在較寬的振動(dòng)區(qū)；二是上世紀(jì)七八十年代3機(jī)作為X電網(wǎng)主要調(diào)峰調(diào)頻機(jī)組，常在惡劣工況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，也嚴(yán)重影響了機(jī)組的整體健康狀況；三是推力瓦托盤強(qiáng)度不足，曾發(fā)生＃10推力瓦托盤斷裂（且發(fā)現(xiàn)另有四塊托盤裂紋明顯），造成了重大的設(shè)備事故；四是轉(zhuǎn)輪汽蝕嚴(yán)重，＃10葉片與下環(huán)連接處存在裂紋，其他葉片汽蝕嚴(yán)重，在經(jīng)過多次補(bǔ)焊處理后，葉片產(chǎn)生變形，導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪效率下降；五是水輪機(jī)主軸密封在下游高水位情況下漏水量偏大；六是發(fā)電機(jī)定子B級(jí)絕緣，絕緣老化脆化，絕緣電阻不合格；七是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)存在隱患：轉(zhuǎn)子線圈端部封閉不嚴(yán)，轉(zhuǎn)子絕緣不合格。如1993年轉(zhuǎn)子8磁極絕緣不合格（），2007年曾出現(xiàn)絕緣為零；八是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子剎車環(huán)（與轉(zhuǎn)子鐵芯下壓板為一體式，不能單獨(dú)更換剎車環(huán)）磨損嚴(yán)重，局部鐵心穿心螺桿頭、緊固螺母已被磨到（共9根）；九是環(huán)形接力器活塞缸體磨損導(dǎo)致大量漏油現(xiàn)象等。以上隱患不但隨時(shí)威脅著該廠的安全生產(chǎn)，而且因水輪發(fā)電機(jī)組效率較低而影響電廠的經(jīng)濟(jì)效益，2005年X集團(tuán)公司安全性評(píng)價(jià)專家組建議：盡早制訂3發(fā)電機(jī)更新改造技術(shù)方案并安排實(shí)施。因此急需對(duì)機(jī)組進(jìn)行更新改造，以確保安全生產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益。12華電福建安砂水力發(fā)電廠3號(hào)機(jī)組改造可行性研究 2 改造必要性2 改造必要性華電福建安砂水力發(fā)電廠3號(hào)機(jī)組改造可行性研究 2 改造必要性 2 改造必要性2．1 機(jī)組設(shè)備陳舊，技術(shù)落后X水電廠3機(jī)由原天津發(fā)電設(shè)備廠設(shè)計(jì)、制造，水輪機(jī)型號(hào)為HL702LJ410，發(fā)電機(jī)型號(hào)為TS854/19044，為文革時(shí)期的產(chǎn)品。3機(jī)于1975年投入運(yùn)行，至今已經(jīng)運(yùn)行34年，該機(jī)組是前蘇聯(lián)四十年代的機(jī)型，我國五十年代中期引進(jìn)使用，曾列入我國七十年代水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪系列型譜，該轉(zhuǎn)輪各項(xiàng)性能指標(biāo)明顯偏低。從現(xiàn)代水輪機(jī)的設(shè)計(jì)性能來看，無論是轉(zhuǎn)輪的過流能力，還是其效率都有很大潛力可挖。2．2 發(fā)電機(jī)設(shè)備老化嚴(yán)重，事故概率高（1）發(fā)電機(jī)線棒為B級(jí)絕緣，定子絕緣不合格：由于運(yùn)行年久，絕緣材料已老化，絕緣電阻不合格。，發(fā)電機(jī)接近技術(shù)壽命上限。近幾年來測(cè)絕緣換算到75℃，且大部分?jǐn)?shù)值在1～3 MΩ的范圍內(nèi)，與電廠《運(yùn)行規(guī)程》中規(guī)定的機(jī)組在線圈溫度為75℃時(shí)的定子絕緣電阻要求值14 MΩ相差較大。根據(jù)“GB/T78942001”《水輪發(fā)電機(jī)基本技術(shù)條件》，經(jīng)計(jì)算，X水電廠水輪發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)機(jī)殼或繞組間的絕緣電阻值在換算到100℃ MΩ，換算到75℃時(shí)。2005年X集團(tuán)公司安全性評(píng)價(jià)專家組也建議：盡早制訂3發(fā)電機(jī)更新改造技術(shù)方案并安排實(shí)施。附表：今年近幾個(gè)月的3＃機(jī)定子絕緣電阻登記日期登記時(shí)間環(huán)境溫度（℃）環(huán)境濕度（％）定子溫度（℃）R15（MΩ）R60（MΩ）K值換算到相應(yīng)溫度應(yīng)達(dá)到的絕緣電阻(MΩ)2009082919:1726 70632009080114:372465612200907022:54247858200906042:17238854從表中可以看出絕緣電阻的要求值與實(shí)際絕緣電阻R60相差較大。（2）轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流滑環(huán)已磨損十分嚴(yán)重，最大磨損量約2mm，且該滑環(huán)結(jié)構(gòu)易變形、定位差，擺度較大（）。（3）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子剎車環(huán)（與轉(zhuǎn)子鐵芯下壓板為一體式，不能單獨(dú)更換該剎車環(huán)）磨損嚴(yán)重，有多條環(huán)形深痕磨損量有的已達(dá)10mm以上，局部鐵心穿心螺桿、緊固螺母已被磨到（共9根），見圖1～3。（4）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)存在隱患――轉(zhuǎn)子線圈端部封閉不嚴(yán)，使轉(zhuǎn)子磁極在靠剎車環(huán)處易積灰，1993年轉(zhuǎn)子8磁極絕緣不合格（），2007年曾出現(xiàn)轉(zhuǎn)子絕緣為零，后請(qǐng)廠家到現(xiàn)場(chǎng)處理，廠家認(rèn)為轉(zhuǎn)子磁極絕緣隨時(shí)間推移被碳粉腐蝕，按發(fā)電機(jī)的壽命，運(yùn)行到期應(yīng)及時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行改造，目前發(fā)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行中轉(zhuǎn)子絕緣水平波動(dòng)大（，處理后在100MΩ左右）。（5）由于發(fā)電機(jī)運(yùn)行達(dá)35年，發(fā)電機(jī)定子鐵芯靠上游側(cè)有三處從上端部至下端部貫徹性變形，隨著時(shí)間推移，可能會(huì)造成割破線棒表面絕緣、導(dǎo)致線棒及鐵芯損壞事故。2．3 機(jī)組長(zhǎng)期帶病運(yùn)行，缺陷多由于該機(jī)組在文革時(shí)期制造，存在著一系列的質(zhì)量問題，在1983年就曾出現(xiàn)過因振動(dòng)過大等原因而導(dǎo)致推力瓦托盤開裂的重大事故。投產(chǎn)34年來，X水電廠針對(duì)機(jī)組運(yùn)行中存在的缺陷，進(jìn)行了整治，例如，對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)行局部修形、接力器密封改進(jìn)等。盡管采取了諸如上述的不同程度的技改措施，機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中仍然存在著以下一些主要缺陷：（1）雖然1996年機(jī)組大修時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)行了局部修形處理，～，仍然存在比較嚴(yán)重的振動(dòng)區(qū)，存在二個(gè)振動(dòng)區(qū)，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在25MW附近，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在35～45MW之間，以上振動(dòng)值均大大超過了DL/T 710《水輪運(yùn)行規(guī)程》的規(guī)定允許值（）與原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。60～80年代在我國50～85m水頭段的水電站中普遍采用，包括X水電廠在內(nèi)HL702（型譜型號(hào)為HL220），龔嘴、楓樹壩、柘溪、鳳灘、池潭等眾多水電站均使用該機(jī)型，但由于HL702機(jī)型存在的固有缺陷，在40%～50%負(fù)荷范圍內(nèi)存在比較大的振動(dòng)區(qū)，目前大部分機(jī)組已進(jìn)行了技改。因而要徹底解決X水電廠水輪機(jī)的振動(dòng)問題，唯一的辦法是更換水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。（2）水輪機(jī)導(dǎo)葉接力器采用環(huán)形接力器結(jié)構(gòu)。由于環(huán)形接力器其本體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，活塞為弧形，活塞成環(huán)向行走時(shí)位置易漂移，加之原調(diào)速環(huán)設(shè)計(jì)剛度較差，運(yùn)行中誤差相對(duì)較大，接力器定位差、密封盤根間隙難以調(diào)整，漏油、啃缸現(xiàn)象較為嚴(yán)重，在1992002008年曾出現(xiàn)過大量漏油現(xiàn)象，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行存在一定的威脅。此外，設(shè)計(jì)時(shí)為適應(yīng)環(huán)形接力器的結(jié)構(gòu)布置，使得水導(dǎo)軸承外圍支架布置臃腫，對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)等檢修、維護(hù)不便，且調(diào)速環(huán)設(shè)計(jì)得又低又寬，部分導(dǎo)水葉雙連臂被遮蓋在環(huán)形接力缸體下方，使導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整不便，達(dá)不到調(diào)整要求，常引起導(dǎo)葉漏水量過大，造成機(jī)組發(fā)生潛動(dòng)現(xiàn)象。目前采用環(huán)形接力器的水電廠有的已進(jìn)行了取締性的改造，X＃3機(jī)環(huán)形接力器的改造也將勢(shì)在必行，經(jīng)了解浙江烏溪江水電廠管轄的湖南鎮(zhèn)電站原機(jī)組及遼寧桓仁電廠原機(jī)組（與3機(jī)同型）導(dǎo)葉接力器同為環(huán)型，改造后為直缸搖擺型，改造后效果良好。2．4 水輪機(jī)部件磨蝕嚴(yán)重，不能保證安全運(yùn)行（1）目前運(yùn)行的轉(zhuǎn)輪存在比較嚴(yán)重的空蝕現(xiàn)象，近幾次大修均需用大量的不銹鋼焊條補(bǔ)焊（1991年用140kg，1996年用145kg，2003年用148kg,2008年用151kg），以上空蝕質(zhì)量均嚴(yán)重超過了GB/T 15469《反擊式水輪機(jī)空蝕評(píng)定》規(guī)定的一般正常情況下的水輪機(jī)空蝕保證量（ kg）與原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。2008年11月大修時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)輪檢查的情況是：轉(zhuǎn)輪各葉片均有不同程度空蝕現(xiàn)象，總體空蝕面積較大，且空蝕深度較深，空蝕部位主要發(fā)生在葉片出水邊背面靠近下環(huán)處及葉片與上冠、下環(huán)連接處，大多數(shù)空蝕深度在5～6mm左右，葉片出水邊背面及與上冠連接部分空蝕尤為嚴(yán)重，空蝕深度達(dá)10～12mm，經(jīng)統(tǒng)計(jì)空蝕總面積為2612cm2，其中＃10葉片與下環(huán)連接處的裂紋長(zhǎng)度為15cm。2008年3機(jī)大修時(shí)轉(zhuǎn)輪汽蝕情況圖見圖4～8。每年小修都要對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行修補(bǔ)，由于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，轉(zhuǎn)輪修補(bǔ)次數(shù)多，轉(zhuǎn)輪葉型已走樣，運(yùn)行中除了效率低還伴有振動(dòng)，容易造成導(dǎo)水葉立面隙不斷加大而發(fā)生漏水嚴(yán)重的現(xiàn)象。水輪機(jī)導(dǎo)葉漏水嚴(yán)重，造成機(jī)組停機(jī)困難，不僅嚴(yán)重影響了3機(jī)組的安全生產(chǎn)運(yùn)行，而且還使導(dǎo)葉空蝕嚴(yán)重、投入了大量的人力與物力維修，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。（2）水輪機(jī)主軸密封在下游高水位情況下漏水量偏大。如在1995年5月，發(fā)生因主軸密封的四個(gè)直徑16毫米銷子全部斷裂，定位套下沉51毫米，并與主軸相對(duì)移動(dòng)45度角，使密封出現(xiàn)大量漏水，導(dǎo)致了水淹水車室的事故。究其原因，主軸密封定位套設(shè)計(jì)上有關(guān)參數(shù)值偏小，如固定銷的綜合應(yīng)力偏小，導(dǎo)致在正常運(yùn)行情況下被剪斷。近幾年雖進(jìn)行一些必要的技術(shù)改造(如水輪機(jī)主軸密封由橡膠平板式改為液壓式端面密封)，但仍治標(biāo)不治本，2008年大修時(shí)也曾發(fā)現(xiàn)主軸密封環(huán)定位套整體下沉了158mm，且與大軸相對(duì)移動(dòng)70余度角的偏移，雖多加了定位銷且加大了定位銷直徑及另加護(hù)環(huán)等，但下游高水位運(yùn)行時(shí)漏水量偏大，給機(jī)組安全運(yùn)行埋下隱患，應(yīng)盡快對(duì)其