【正文】 華電福建安砂水力發(fā)電廠 3 號機組改造可行性研究 4 改造可行性分析 415 短路電流計算結(jié)果表 表 451 短路電流 短路電流有效值 I（ KA） 短路電流 起始容量 短路點 短路點 電源 周期分量 峰值 峰值 編號 平均電壓 名稱 起始值 秒 秒 4 秒 ich（ KA） S（ MVA） （ KV） Io（ KA） 3G 1G d1 2G 35S 110S 總計 3G 1G d2 2G 35S 110S 總計 3G 1G d3 115 2G 35S 110S 1470 總計 3G 1G d4 37 2G 35S 110S 總計 （ 3）主要電氣設(shè)備選擇、復(fù)核 ① 主變壓器復(fù)核 目前運行的 2主變壓器容量能滿足 3水輪發(fā)電機組增容改造后的需要。； 3發(fā)電機與雙繞組變壓器（下稱 2主變）組成單元接線，升壓至 110kV 后接入系統(tǒng)， 1 主變額定容量為 63MVA ，電壓比為121177。 （ 3）額定轉(zhuǎn)速 nr 由于本工程的水頭范圍為 ～ ，該水頭段可供選擇的轉(zhuǎn)輪的 39。 （ 3）水輪發(fā)電機組效率提高增加發(fā)電量 安砂水電廠 3機組更換新型轉(zhuǎn)輪和發(fā)電機后，水輪發(fā)電機組效率得到提高，相應(yīng)可以增加發(fā)電量。發(fā)電機主軸更新，轉(zhuǎn)子支架更新，轉(zhuǎn)子重疊，包括制動環(huán)改造，發(fā)電機通風系統(tǒng)改造，上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子更新，制動器支架更新等，歷時 212 天，于 2020年 5 月 3 日投產(chǎn)，改造后機組出力，效率，導(dǎo)葉漏水量等主要指標均有較大的改善，達到預(yù)期目的，但機組穩(wěn)定性沒有明顯的改善，轉(zhuǎn)輪葉片發(fā)現(xiàn)裂紋，目前哈廠已著手進行后續(xù)消振處理方案研究工作，擬在水輪機轉(zhuǎn)輪上冠葉片出水邊加裝三角塊及對泄水錐進行加長改造，以改善水輪機運行穩(wěn)定性；另外機組上機架增設(shè)千斤 頂以增加機架的剛度，降低上機架水平振動。 為解決設(shè)備存在的問題，提高機組的效率與出力， 2020 年 1 月 , 電站完成機組增容改造可行性論證報告 , 確定增容改造的基本目標：發(fā)電機按照額定出力 100MW，額定功率因數(shù) 設(shè)計制造；水輪機根據(jù)各廠家實際的轉(zhuǎn)輪模型設(shè)計確 定額定出力和最大長期出力。 入庫洪峰流量為壩址洪峰流量的 倍，各時段洪量在建庫前后數(shù)值基本相同。 1970 年以后資料，經(jīng)檢查均按規(guī)范要求刊布，資料質(zhì)量合理 可靠。 安砂水電站于 1970 年 12 月開工， 1975 年 10 月第一臺機組發(fā)電， 1978 年 12 月建成并驗收。水輪機導(dǎo)葉漏水嚴重，造成機組停機困難，不僅嚴重影響了 3機組華電福建安砂水力發(fā)電廠 3 號機組改造可行性研究 2 改造必要性 24 的安全生產(chǎn)運行，而且還使導(dǎo)葉空蝕嚴重、投入了大量的人力與物力維修，造成了很大的經(jīng)濟損失。 （ 3）發(fā)電機轉(zhuǎn)子剎車環(huán)（與轉(zhuǎn)子鐵芯下壓板為一體式，不能單獨更換該剎車環(huán)）磨損嚴重，有多條環(huán)形深痕磨損量有的已達 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。 2020 年 4 月 1機組更新改造后投運，改造后該機設(shè)備狀況一直良好。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。因此急需對機組進行更新改造，以確保安全生產(chǎn)，提高經(jīng)濟效益。盡管采取了諸如上述的不同程度的技改措施，機組在實際運行當中仍然存在著以下一些主要缺陷： （ 1）雖然 1996 年機組大修時對轉(zhuǎn)輪葉片進行了局部修形處理，但是水輪機在～ ，仍然存在比較嚴重的振動區(qū)，譬如 水頭時，存在二個振動區(qū)，當機組負荷在 25MW 附近，發(fā)電機上機架垂直振動值達，當機組負荷在 35～ 45MW 之間，發(fā)電機上機架垂直振動值達 ，以上振動值均大大超過了 DL/T 710《水輪運行規(guī)程》的規(guī)定允許值（ ）與原設(shè)計標準。 （ 3）水機主軸與水導(dǎo)瓦結(jié)合部軸頸已磨損嚴重，有較大波浪度；水導(dǎo)瓦也存在較大的橢圓度，對水導(dǎo)瓦間隙調(diào)整易造成誤差，給機組的安全運行留下隱患。全年平均降水日數(shù)為 170 天，以 5 月份最多平均為 21 天， 10 月份最小平均為 9 天。 1975 年 9 月水庫建成后的徑流資料，采用安砂水電廠還原整編成果。 3機組增容改造工程不改變安砂水庫的泄洪能力及水庫特征水位，其機組過流能力反而有所增加，因此增容改造工程不會提高安砂水庫原設(shè)計各級洪水位。 通過機組增容改造后，機組運行穩(wěn)定性、安全性得到很大的提高， 同時機組容量由 80MW 增至 100MW， 增容改造較為成功，給電站帶來較大的經(jīng)濟和社會效益。 4． 2． 1 計算條件 （ 1）徑流系列：采用 1950 年 4 月至 2020 年 3 月共 58 年月平均流量資料。 （ 7）因此，本階段推薦 3機組為增容改造方案（即 85MW）。 目前，隨著水輪機制造、設(shè)計能力不斷的提高，如通過適當改變原 HL702 轉(zhuǎn)輪葉片厚度分布規(guī)律（減小葉片最大厚度，增加葉片的葉柵密度）等措施，也能改善葉片的汽蝕性能，轉(zhuǎn)輪臨界空化系數(shù) σC 值也有較大的降低，且原 3機的輪葉的材質(zhì)為 ZG20SiMn，通過改造后的輪葉的材質(zhì)基本上采用不銹鋼， K 值可降低至 左右，電站空 蝕系數(shù) σZ 也隨之而降低；技改后的額定流量 Qr 擬 取 147 sm/3 左右，與原 3機的額定流量 146 sm/3 相近，尾水位變幅很小（從原 ▽ 變?yōu)?▽ ）。 廠用電源二回分別取自 2機的擴大單元發(fā)電機電壓母線和 3機發(fā)電機電壓母線。 ⑤ 3＃機組中性點設(shè)備 原消弧線圈為 XDJ1－ 80／ 15，滿足 3＃機組增容要求。原 3水輪發(fā)電機組為天津發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)， 1975 年投產(chǎn)，主要參數(shù)如下： 型號 TS854/19044 額定容量 額定功率 75MW 額定電壓 kV 額定電流 A 額定功率因數(shù) （滯后） 額定轉(zhuǎn)速 r/min 額定頻率 50 Hz 額定勵磁電壓 316 V 額定勵磁電流 1115 A 相數(shù) 三相 3水輪發(fā)電機組改造的選型受原 3機布置型式和廠房布置尺寸的限制。 4． 5 電工 4． 5． 1 接入電力系統(tǒng)方式 安砂水電廠水庫為季調(diào) 節(jié)水庫，本電站在系統(tǒng)中擔任調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用，是福建省電網(wǎng)的主力電站之一。哈爾濱電機廠已為浙江緊水灘水電廠完成 HL702 型水輪機增容改造模型試驗，在維持額定水頭不變的條件下，水輪機輸出功率可提高 10%。 經(jīng)過計算分析， 3機機組更新改造方案（ 75MW）及增容改造方案（ 85MW）的主要參數(shù)見表 421。 4． 1． 3 湖南柘溪水電站機組增容改造 柘溪水電站是一個始建于 1958 年的水電老廠。當時轉(zhuǎn)輪葉片、活動導(dǎo)葉等鑄造質(zhì)量較差。暴雨多來自偏西方向，據(jù)統(tǒng)計 4～ 6 月鋒面暴雨頻繁，日雨量可達 100mm 以上，年最大洪水一般發(fā)生在 4～ 6 月，尤以 6 月發(fā)生機會為最多， 5 月次之。沙蕪塘站于1958 年 4 月設(shè)立，為汛期水位站， 1962 年改為水位站。22′，北緯25176。目前采用環(huán)形接力器的水電廠有的已進行了取締性的 改造，安砂＃ 3 機環(huán)形接力器的改造也將勢在必行，經(jīng)了解浙江烏溪江水電廠管轄的湖南鎮(zhèn)電站原機組及遼寧桓仁電廠原機組（與 3機同型）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 。近幾年來測絕緣換算到 75℃ 時的最低值為 ，且大部分數(shù)值在 1～ 3 MΩ 的范圍內(nèi)，與電廠《運行規(guī)程》中規(guī)定的機組在線圈溫度為 75℃時的定子絕緣電阻要求值 14 MΩ 相差較大。h。 1機組（ 20MW）和 3機組（ 75MW）分別于 1975 年 10月 28 日和 12 月 26 日投產(chǎn)發(fā)電，至 1976 年底發(fā)電量為 億 kW現(xiàn)在發(fā)電機定子繞組交流耐壓值已降到 倍額定電壓，發(fā)電機接近技術(shù)壽命上限。此外，設(shè)計時為適應(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，對導(dǎo)水機構(gòu)等檢修、維護不便，且調(diào)速環(huán)設(shè)計得又低又寬，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，達不到調(diào)整要求，常引起導(dǎo)葉漏水量過大，造成機組發(fā)生潛動現(xiàn)象。23′～ 117176。清流、寧化于 1939 年 3 月開始觀測水位， 1940 年施測流量。由于流域東南面的戴云山和玳瑁山脈的屏障作用，一般臺風對本流域影響不顯著，但強臺風與其它天氣系統(tǒng)偶然相遇，亦可造成災(zāi)害性洪水。機組為原天津發(fā)電設(shè)備總 廠生產(chǎn)。 通過機組增容改造后，水輪機能量、飛逸、空化、壓力脈動、過流量、單機出力等各項性能完全滿足鳳灘電站水輪機組增容改造的要求，機組運行穩(wěn)定性、安 全性也得到較大的提高。 根據(jù)徑流、水位庫容、廠房水位流量關(guān)系曲線、水頭損失和機組運轉(zhuǎn)曲線等計算條件，進行等流量徑流調(diào)節(jié)計算，得出各方案的年發(fā)電量、電能加權(quán)平均水頭，最大水頭和最小水頭等指標。 本次以技改為主，適當兼顧增容，考慮到水輪機額定水頭有所提高，且目前隨著機組設(shè)計、制造能力的提高，機組的性能指標均有一定程度的提高。 3機增容改造后，最重起吊件是發(fā)電機轉(zhuǎn)子帶軸，重量約 365t，因此原有的橋機起重量是可以滿足起吊要求的。 3機組段長，寬為 21m，風罩墻內(nèi)徑為 ，水輪機室內(nèi)徑為 6m。 ⑥ 2廠壩變高壓開關(guān) 2廠壩變高壓開關(guān)額定開斷電流為 63kA，滿足 3＃機組增容要求。 3發(fā)電機增容改造后，其接線方式維持原有主接線方式不變。 綜上所述，保持機組的安裝高程為 ▽ ，認為是可行的。 4． 4 水力機械 4． 4． 1 水能參數(shù) 水庫正 常蓄水位 水庫汛期限制水位 水庫死水位 下游最低尾水位 下游校核洪水位（ P=%） 華電福建安砂水力發(fā)電廠 3 號機組改造可行性研究 4 改造可行性分析 47 最大水頭 最小水頭 加權(quán)平均水頭 4． 4． 2 原 3機組水輪機及模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù) （ 1）水輪機主要參數(shù) 水輪機型號 HL702LJ410 轉(zhuǎn)輪直徑 額定功率 額定轉(zhuǎn)速 額定水頭 60m 額定流量 146m3/s 額定工況單位流量 安裝高程 吸出高度（至導(dǎo)葉中心線） 固定導(dǎo)葉數(shù) 12 活動導(dǎo)葉數(shù) 24 轉(zhuǎn)輪葉片數(shù) 14 （ 2） HL702 模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù) 適用水頭范圍 50～ 85m 模型轉(zhuǎn)輪直徑 最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速 70r/min 限制工況單位流量 轉(zhuǎn)輪臨界空化系數(shù) 導(dǎo)葉相對高度 4． 4． 3 水輪機額定水頭 Hr 的選擇 由動能計算，安砂 水電站加權(quán)平均水頭為 ，根據(jù) DL/T 51862020《水力發(fā)電廠機電設(shè)計規(guī)范 》的規(guī)定和目前的實際運行水頭，水輪機的額定水頭宜在加權(quán)華電福建安砂水力發(fā)電廠 3 號機組改造可行性研究 4 改造可行性分析 48 平均水頭的 ～ 倍范圍內(nèi)選取，并通過對國內(nèi)外中大型水輪機統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析得出，水輪機的額定水頭與水輪機運行穩(wěn)定性有著密切的聯(lián)系，當水輪機的水頭比Hmax/Hmin ≤ 、 Hmax/Hr ≤ 或 Hmax/Hmin ≤ 、 Hmax/Hr ≤ 時，其水輪機運行穩(wěn)定性均比較好。 （ 2）庫容曲線、下游水位流量關(guān)系曲線：庫容曲線采用初步設(shè)計階段成果，下游水位流量關(guān)系曲線采用安砂水電廠泄水底孔發(fā)電工程預(yù)可階段成果（ 1996 年 6 月） （ 3）水頭損失：取平均水頭損失 。 4． 1. 2 湖南鳳灘水電站機組增容改造 華電福建安砂水力發(fā)電廠 3 號機組改造可行性研究 4 改造可行性分析 42 鳳灘水電廠位于湖南省西北地區(qū)的酉水下游，距沅陵縣城 45k