【正文】 砂水力發(fā)電廠位于閩江沙溪支流九龍溪中游的永安市安砂鎮(zhèn)附近，距永安市區(qū) 45km，現(xiàn)總裝機(jī)容量 115MW（ 175MW＋ 220MW），年平均發(fā)電量 億 ，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，為福建省 “四五 ”計(jì)劃重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目的中型水力發(fā)電廠。 安砂大壩為混凝土寬縫重力壩，高 92m，正常高水位庫(kù)容 億 m3，屬季調(diào)節(jié)水庫(kù)。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，原設(shè)計(jì)總裝機(jī)容量 ， 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) 120200 kVA 雙卷變。 1971 年底主體工程土建部分基本完成。 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，至 1976 年底發(fā)電量為 億 kW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(kāi)度漏油嚴(yán)重、調(diào)速環(huán)變形大等故障，調(diào)速器大開(kāi)度受到限制致機(jī)組負(fù)荷受限， 1977 年通過(guò)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。 1978年底，省計(jì)劃委員會(huì)召開(kāi)安砂水電站竣工驗(yàn)收會(huì)議，正式交付生產(chǎn)管理單位。 2020 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。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)作為福建電網(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(pán)強(qiáng)度不足，曾發(fā)生＃ 10 推力瓦托盤(pán)斷裂（且發(fā)現(xiàn)另有四塊托盤(pán)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(guò)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。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， 2020 年華電集團(tuán)公司安全性評(píng)價(jià)專(zhuān)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。 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 21 2 改造必要性 2． 1 機(jī)組設(shè)備陳舊，技術(shù)落后 安砂水電廠 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。從現(xiàn)代水輪機(jī)的設(shè)計(jì)性能來(lái)看，無(wú)論是轉(zhuǎn)輪的過(guò)流能力，還是其效率都有很大潛力可挖。現(xiàn)在發(fā)電機(jī)定子繞組交流耐壓值已降到 倍額定電壓，發(fā)電機(jī)接近技術(shù)壽命上限。根據(jù) “GB/T78942020”《水輪發(fā)電機(jī)基本技術(shù)條件》第 條的規(guī)定，經(jīng)計(jì)算，安砂水電廠水輪發(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℃ 時(shí)應(yīng)不低于 MΩ，換算到 75℃ 時(shí)，定子繞組絕緣電阻值應(yīng)不低于 。 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) 20200829 19:17 26 70 63 20200801 14:37 24 65 61 2 20200702 2:54 24 78 58 20200604 2:17 23 88 54 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 22 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。 （ 3）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子剎車(chē)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(chē)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(jiàn)圖 1～ 3。 （ 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。投產(chǎn) 34 年來(lái)，安砂水電廠針對(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。 60～ 80 年代在我國(guó) 50～ 85m水頭段的水電站中普遍采用，包括安砂水電廠在內(nèi) HL702（型譜型號(hào)為 HL220），龔嘴、楓樹(shù)壩、柘溪、鳳灘、池潭等眾多水電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 23 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。 （ 2）水輪機(jī)導(dǎo)葉接力器采用環(huán)形接力器結(jié)構(gòu)。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(guò)大，造成機(jī)組發(fā)生潛動(dòng)現(xiàn)象。 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， 2020 年用 148kg,2020 年用 151kg），以上空蝕質(zhì)量均嚴(yán)重超過(guò)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)。 2020 年 3 機(jī)大修時(shí)轉(zhuǎn)輪汽蝕情況圖見(jiàn)圖 4～ 8。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 24 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。如在 1995 年 5 月，發(fā)生因主軸密封的四個(gè)直徑 16 毫米銷(xiāo)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(chē)室的事故。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， 2020 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(xiāo)且加大了定位銷(xiāo)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)其全面的改造 。 2． 5 原電站的 裝機(jī)容量選擇偏小，具有增容的潛力 安砂水電廠從 1975 年至 2020 年的 33 年期間，共發(fā)電 億 ，是福建省電網(wǎng)的主力水電站之一。 綜上所述，安砂水電廠 3機(jī)組存在著較多的缺陷和問(wèn)題，給機(jī)組運(yùn)行和電廠生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患，而且運(yùn)行 34 年的機(jī)組已接近其設(shè)計(jì)使用壽命，因此應(yīng)盡早對(duì) 3機(jī)組進(jìn)行全面技術(shù)改造，更換水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、主軸密封、導(dǎo)軸承、控制環(huán)（含環(huán)形接力器）等可拆卸部件，以及發(fā)電機(jī)大部分部件。23′～ 117176。36′～ 26176。 安砂水電站位于永安市上游約 45km的安砂鎮(zhèn)，壩址以上集水面積 5184km2，河流全長(zhǎng) 130km，河道平均坡降約 ‰ ，其中沙蕪塘 至安砂段，河道平均坡降為 ‰ 。 安砂水電站于 1970 年 12 月開(kāi)工， 1975 年 10 月第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電， 1978 年 12 月建成并驗(yàn)收。全年大致可分為三、四月春雨，五、六月梅雨，七至九月臺(tái)風(fēng)雷雨和十至次年二月干季四個(gè)時(shí)期。 根據(jù)永安、清流、黃家排、沙蕪塘等站資料統(tǒng)計(jì)，安砂以上流域多年平均降水量為 ，降水量年內(nèi)分配不均勻，其中 3～ 6 月份降水量約占全年降水量的%，年內(nèi)以 12 月份最小，僅占全年降水量的 %。多年平均水面蒸發(fā)量為，最大年蒸發(fā)量為 1978 年的 ，最小年蒸發(fā)量為 1969 年的。多年平均風(fēng)速為 ，實(shí)測(cè)最大風(fēng)速為 ，相應(yīng)風(fēng)向?yàn)?WNW。清流、寧化于 1939 年 3 月開(kāi)始觀測(cè)水位， 1940 年施測(cè)流量。 1970 年 1 月，在安砂壩址下游 1200m處的碼頭設(shè)立專(zhuān)用水文站，觀測(cè)水位、流量， 1971 年 8 月停測(cè)流量，后由安砂工程指 揮部洪水預(yù)報(bào)組繼續(xù)觀測(cè)水位， 1975 年安砂電廠接管后改為出庫(kù)站，同時(shí)開(kāi)展正常的水庫(kù)水文觀測(cè)工作。流域測(cè)站分布圖見(jiàn)圖 31。 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。 安砂工程初設(shè)、大壩安全鑒定等各個(gè)設(shè)計(jì)階段，華東院先后對(duì)安砂的插補(bǔ)延長(zhǎng)資料進(jìn)行過(guò)多次檢查復(fù)核，資料完整可靠。 1959 年至 1975 年 徑流 成 果 ，以 相 關(guān) 方 程)(8 2 2 洪田永安安砂 Q ?? 推算而得，其中系數(shù) 為安砂與永安集水面積減洪田集水面積的比值。其中 1995 年至 2020 年成果，比下游國(guó)家基本水文站興平站和沙縣站成果略偏大，本次以興平站成果為準(zhǔn)，作了修正。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，安砂壩址多年平均流量為 161 m3/s，其年內(nèi)分配如表31，全系列年月徑流成果見(jiàn)表 32。由于流域東南面的戴云山和玳瑁山脈的屏障作用，一般臺(tái)風(fēng)對(duì)本流域影響不顯著，但強(qiáng)臺(tái)風(fēng)與其它天氣系統(tǒng)偶然相遇，亦可造成災(zāi)害性洪水。一次洪水持續(xù)時(shí)間平均在 6天左右，各種洪水峰型 均可能發(fā)生，其中以雙峰型和多峰型洪水出現(xiàn)機(jī)會(huì)較多。根據(jù)上述推得洪水系列，加上 1800、 176 1915 和 1964 年歷史洪水資料，進(jìn)行頻率計(jì)算，首位洪水 1800 年重現(xiàn)期定為 165～ 200 年一遇， 1764 年洪水重現(xiàn)期定為 100 年一遇，1915 年洪水重現(xiàn)期定為 50～ 60 年一遇， 1964 年洪水重現(xiàn)期定為 40～ 50 年一遇，推得安砂壩址設(shè)計(jì)洪水成果，見(jiàn)表 33。 入庫(kù)洪峰流量為壩址洪峰流量的 倍，各時(shí)段洪量在建庫(kù)前后數(shù)值基本相同。 安砂水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果表 表 34 單位： Qm： m3/s W： 108m3 項(xiàng)目 均值 Cv Cs/Cv P(%) 1 2 5 10 20 Qm 入 2920 12500 9930 7360 6570 5490 4670 3830 Qm 壩 2650 11300 9010 6680 5960 4980 4240 3470 W1 W3 W5 W7 （ 3） 2020 年安砂水電站大壩第二次定期檢查設(shè)計(jì)洪水復(fù)核階段，除延長(zhǎng)洪水系列外，對(duì)歷史洪水又作了進(jìn)一步分析。 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 3 水文資料 310 安砂水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果表 表 35 單位： Qm： m3/s W： 108m3 項(xiàng)目 均值 Cv Cs/Cv P(%) 1 2 5 10 20 Qm 入 3040 12300 9880 7390 6620 5580 4770 3940 Qm 壩 2760 11200 8980 6720 6020 5070 4340 3580 W1 W3 W5 W7 由表可見(jiàn)，本次復(fù)核成果與初設(shè)成果相比，洪峰、五日洪量、七日洪量成果基本一致，由于 1994 年特大洪水的加入，一日洪量和三日洪量較初設(shè)增大，特別是一日洪量增大較多， p=%一日洪量，本次復(fù)核成果較初設(shè)增大 9%，較第一次定檢增大 6%。 3． 6 壩下水位～流量 關(guān)系曲線 安砂壩址下游水位 ～ 流量關(guān)系曲線采用 1996 年 6 月安砂水電廠泄水底孔發(fā)電工程預(yù)可研階段成果，水位流量關(guān)系成果見(jiàn)表 36。 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 4 改造可行性分析 4 改造可行性分析 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 4 改造可行性分析 41 4 改造可行性分析 4． 1 同類(lèi)型電站改造情況 4． 1. 1 廣東楓樹(shù)壩水電站機(jī)組增容改造 楓樹(shù)壩水電站位于廣東省龍川縣境內(nèi)，始建于 1971 年，裝機(jī) 280MW。機(jī)組為原天津發(fā)電設(shè)備總 廠生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)三十余年的運(yùn)行，機(jī)組嚴(yán)重老化，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪空蝕較嚴(yán)重 ,葉片翼型經(jīng)多次補(bǔ)焊 變形較大，效率明顯下降。導(dǎo)水部件磨蝕較大 ,活動(dòng)導(dǎo)葉因制造原因翼型誤差較大、三段軸套磨損嚴(yán)重等引起停機(jī)漏水量大；環(huán)形