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摘要：随着工程建设步伐的加快，水库坝后电站建设也是越来越多，其中电站机组技术改造工程也是越来越受重视，本文结合工程实例，对电站机组技术改造进行流程性分析，供同类工程参考。
关键词：电站；机组；改造
Abstract: with the quickening pace of engineering construction, reservoir dam construction is also more and more power stations, power station unit of the technical renovation engineering is also more and more valued and combining with the practical engineering, the power station unit technology reconstruction process analysis, for similar projects.
Keywords: power station; Unit; transformation
1工程概況
经审批，江门市锦江水库坝后电站机组通过技术改造将总装机容量由原先的3×6500kW 增加至3×7150kw，同时对调速器、励磁系统等相关装置进行技术改造。机组技术改造工程要分步实施：首先对#3 机组进行技术改造（已完成），接着对第二台机组(#1 机组)进行技术改造（已完成）。本次对电站最后一台机组（即#2 机组）进行技术改造。
2 水轮机及其附属设备改造
2.1 最优单位转速n10/及其限制工况下单位流量Q1/
原HL702-LJ-140 型水轮机的最优单位转速n10/=70r/min，机组在n=375r/min 下运行，就锦江水库坝后电站而言，只有当库水位达98.0m 左右时，才能对应水轮机的最优效率。而锦江水库设计洪水位为96.3m，校核洪水位98.35m，所以，应该根据电站的具体情况更换新型号转轮。本次技术改造发电机增容10%，且#2 号机组额定水头从Hr=50.5m 降至Hr=47.75m。若水轮机额定效率不变，则水轮机过流能力（相同水头下）提高16.3%。考虑到水轮机额定效率稍有提高，所以，对#2 水轮机过流能力要求提高15.0%(与#3 机组相同， #1 机过流能力增加18.7%)。
2.2 水轮机的工作水头范围和强度核算
锦江水库发电死水位75.2m，正常蓄水水位95.0 m，坝后电站水轮机相应的最小水头33.5m，最大水头53.5m，如果考虑边泄洪边发电，最大可能水头为56.0m。水头变幅比较大。在最小水头和最大水头范围内，要求水轮机在相应水头下机组功率的45%～100%范围内稳定运行。为此，机组改造采用“X叶片”类型的新转轮。
2.3 水轮机的效率修正
招标文件要求：改造完成后，水轮机最优工况点效率达到ηM.max≥93.6%，加权平均效率与HL702 新转轮比较，提高幅度（对#2 水轮机而言）应达到4.5 个百分点。
锦江电站当时水轮机流道（除转轮外）的加工制造工艺水平较低，且经过三十多年的长期运行，由于磨损、锈蚀等而产生的缺陷将对JF2528-LJ-140 转轮的效率造成不利影响，其对效率的影响可按-0.8%考虑。综合上述两个方面因素的影响，JF2528-LJ-140 转轮效率修正值Δη=+0.3%。
2.4 水轮机的尾水管补气
为确保在水库泄洪使尾水位升高时水流不会通过大轴中心孔反向冒出，借鉴前2 组机组改造经验，决定取消大轴中心孔补气，只采用尾水管短管补气。
2.5 水轮机的飞逸转速
水轮机的单位飞逸转速n/1f 随最优单位转速n/10 的升高而升高。HL702型转轮的n/
10=70r/min，相应的n/1f=133 r/min。新转轮按10' n =78r/min 设计，则要求n 1 f≤147r/min 是合理的。原发电机飞逸转速为785r/min，改造后核算其飞逸转速仍为785r/min（后述），即安全。
2.6 导水机构的改造
#2 机组导叶最大开度保持不变，#2 机组导叶开度为a0=172mm。导叶更换成不锈钢导叶，配套更换导叶套筒和底环导叶轴套，将原导叶、顶盖、底环的止水胶条密封更换成刚性密封结构，确保上、中、下三轴套的同心度、垂直度和导水叶各部位的密封良好。
3.8 水轮机主轴密封改造
根据规范将原石黑盘根密封改造为用冷却水压配П 型橡胶圆环密封,确保止水效果满足要求。
3 发电机及其附属设备改造
3.1 发电机电磁计算
（1）原发电机电磁参数的复核
原发电机要发出8125kVA 视在容量需要励磁电压142.40V、励磁电流426.82A。而原运行规程标写励磁电压137.5V、励磁电流400A。即励磁容量欠10.5%，所以原发电机无功不足。影响无功不足的另一原因是实际气隙平均值大于13.5mm，部分气隙实测值为14mm。
（2）发电机增容10%的已完成的定子线圈
1998 年6 月洪水事故后，在更换发电机定子线圈时已决定发电机增容10%。定子线规（mm×mm）从1.68×6.9 变为2×1.7，定子绝缘等级从B 级变为F 级。
（3）发电机增容10%的转子线圈方案
本设计以励磁电流增加为主，转子线圈匝数增加为次。随着科学技术进步，现在转子线圈匝间绝缘可由原来的0.4mm 厚，下降至0.3mm 厚（即垫以0.1mm 厚的苯二酚玻璃坯布3 层），因此原来极身高度尚有富余，所以在原有基础上可增加一匝，即由原来的52.5匝增加至53.5匝。由于以励磁电流增加为主，为确保转子温升值能够下降，所以增大转子线规的截面，由原来的3.53×35 改变为3.53×45。磁极绝缘设计由原来的B级变为F级。
（4）增容后发电机电磁参数计算
短路比是根据电站输电距离，负荷变化情况等因素提出（要求）的。短路比大，可提高发电机在系统运行的静态稳定。水轮发电机的短路比一般为0.9～1.3,标准值为1.1。原发电机短路比设计值为1.118，与标准值1.1 很接近。本次2#机组技术改造按气隙13.5mm，计算短路比为1.016，此计算结果与1#、3#机组的一致。适当减小气隙以实现增发小部分无功的目标是可行的。最终确定气隙为13.0mm，并复算短路比为0.98。
根据发电机结构尺寸进行电磁参数计算结果：增容后发电机要发8938kVA 视在容量需要励磁电压117.53V、励磁电流441.36A，短路比0.98。增容后发电机定子和转子各部位的温升值都低于原发电机。
3.2 转子直流电阻和磁极线圈
招标文件要求转子直流电阻为0.24,（75℃）。但借鉴1#、3#机组的改造经验，中标人仍以转子直流电阻值0.2262,（75℃）作响应，完全可满足招标文件的要求。
3.3 磁极托板
原磁极托板材料为10mm 厚酚醛绝缘板，新磁极托板材料为10mm 厚3240 环氧玻璃坯布板。由于接头片尺寸变化，相应其缺口（槽）尺寸也变化。
3.4 发电机转子风叶改造
本发电机增容后需要通风量为8.54 m3／s。3#机只改造下风扇，计算得通风量为9.41 m3/s，运行效果认为欠佳。2#机上下风扇都改造，计算得通风量为9.967 m3/s，能满足增容后风量要求。本改造采用经优化的新弧形斗式风扇。
3.5 发电机的飞逸转速
发电机增容，因转子线圈重量增加，磁极靴受力也有所增加，理论上发电机的飞逸转速应略有减小。但仍按原发电机标志的飞逸转速785r/min进行核算，结果是：①磁极托板由酚醛板改为3240 环氧玻璃坯布板，其挤压强度满足要求；②改造后磁极靴的最大应力仍在材料许用应力范围内，能满足强度要求。所以，增容后发电机的飞逸转速仍然标785r/min。前述库水位98.0m 下水轮机最大飞逸转速为775.1r/min，小于发电机允许飞逸转速785r/min，安全。
3.6 上机架及推力轴承核算
HL702-LJ-140 型水轮机和TSL330/16-61 型发电机是按63m 水头级配套设计的。HL702 型的水推力系数为0.32，而HLJF2528 型的水推力系数为0.35。所以，改造后机组能在H=63×0.32/0.35=57.6m 下运行。
本电站机组，当库水位98.0m 时，最大可能水头H=56.0m，所以能够安全运行。上机架及推力轴承不必作强度和刚度核算。
3.7 制动和顶转子装置改造
水轮发电机制动及顶转子装置采用单缸双仓气复归制动器，配置电动加压油泵，其各项性能指标均能满足要求。该系统的管路布置尺寸应与机组实际安装尺寸相配合。
参考文献：
[1] 胡锡忠. 亭下水库电厂挖潜增容出效益[J]. 小水电, 1998,(03)
[2] 裴新国, 刘丰梅, 蔡庆永, 刘明先. 3000kW水力发电机增容改进的研究[J]. 小水电, 1999,(01)
[3] 傅森林, 马阿祥. 石壁电站更新改造及体会[J]. 小水电, 1997,(02)
[4] 王一鹏. 关于小水电站技术改造的几点浅见[J]. 小水电, 1997,(02)
关键词：电站；机组；改造
Abstract: with the quickening pace of engineering construction, reservoir dam construction is also more and more power stations, power station unit of the technical renovation engineering is also more and more valued and combining with the practical engineering, the power station unit technology reconstruction process analysis, for similar projects.
Keywords: power station; Unit; transformation
1工程概況
经审批，江门市锦江水库坝后电站机组通过技术改造将总装机容量由原先的3×6500kW 增加至3×7150kw，同时对调速器、励磁系统等相关装置进行技术改造。机组技术改造工程要分步实施：首先对#3 机组进行技术改造（已完成），接着对第二台机组(#1 机组)进行技术改造（已完成）。本次对电站最后一台机组（即#2 机组）进行技术改造。
2 水轮机及其附属设备改造
2.1 最优单位转速n10/及其限制工况下单位流量Q1/
原HL702-LJ-140 型水轮机的最优单位转速n10/=70r/min，机组在n=375r/min 下运行，就锦江水库坝后电站而言，只有当库水位达98.0m 左右时，才能对应水轮机的最优效率。而锦江水库设计洪水位为96.3m，校核洪水位98.35m，所以，应该根据电站的具体情况更换新型号转轮。本次技术改造发电机增容10%，且#2 号机组额定水头从Hr=50.5m 降至Hr=47.75m。若水轮机额定效率不变，则水轮机过流能力（相同水头下）提高16.3%。考虑到水轮机额定效率稍有提高，所以，对#2 水轮机过流能力要求提高15.0%(与#3 机组相同， #1 机过流能力增加18.7%)。
2.2 水轮机的工作水头范围和强度核算
锦江水库发电死水位75.2m，正常蓄水水位95.0 m，坝后电站水轮机相应的最小水头33.5m，最大水头53.5m，如果考虑边泄洪边发电，最大可能水头为56.0m。水头变幅比较大。在最小水头和最大水头范围内，要求水轮机在相应水头下机组功率的45%～100%范围内稳定运行。为此，机组改造采用“X叶片”类型的新转轮。
2.3 水轮机的效率修正
招标文件要求：改造完成后，水轮机最优工况点效率达到ηM.max≥93.6%，加权平均效率与HL702 新转轮比较，提高幅度（对#2 水轮机而言）应达到4.5 个百分点。
锦江电站当时水轮机流道（除转轮外）的加工制造工艺水平较低，且经过三十多年的长期运行，由于磨损、锈蚀等而产生的缺陷将对JF2528-LJ-140 转轮的效率造成不利影响，其对效率的影响可按-0.8%考虑。综合上述两个方面因素的影响，JF2528-LJ-140 转轮效率修正值Δη=+0.3%。
2.4 水轮机的尾水管补气
为确保在水库泄洪使尾水位升高时水流不会通过大轴中心孔反向冒出，借鉴前2 组机组改造经验，决定取消大轴中心孔补气，只采用尾水管短管补气。
2.5 水轮机的飞逸转速
水轮机的单位飞逸转速n/1f 随最优单位转速n/10 的升高而升高。HL702型转轮的n/
10=70r/min，相应的n/1f=133 r/min。新转轮按10' n =78r/min 设计，则要求n 1 f≤147r/min 是合理的。原发电机飞逸转速为785r/min，改造后核算其飞逸转速仍为785r/min（后述），即安全。
2.6 导水机构的改造
#2 机组导叶最大开度保持不变，#2 机组导叶开度为a0=172mm。导叶更换成不锈钢导叶，配套更换导叶套筒和底环导叶轴套，将原导叶、顶盖、底环的止水胶条密封更换成刚性密封结构，确保上、中、下三轴套的同心度、垂直度和导水叶各部位的密封良好。
3.8 水轮机主轴密封改造
根据规范将原石黑盘根密封改造为用冷却水压配П 型橡胶圆环密封,确保止水效果满足要求。
3 发电机及其附属设备改造
3.1 发电机电磁计算
（1）原发电机电磁参数的复核
原发电机要发出8125kVA 视在容量需要励磁电压142.40V、励磁电流426.82A。而原运行规程标写励磁电压137.5V、励磁电流400A。即励磁容量欠10.5%，所以原发电机无功不足。影响无功不足的另一原因是实际气隙平均值大于13.5mm，部分气隙实测值为14mm。
（2）发电机增容10%的已完成的定子线圈
1998 年6 月洪水事故后，在更换发电机定子线圈时已决定发电机增容10%。定子线规（mm×mm）从1.68×6.9 变为2×1.7，定子绝缘等级从B 级变为F 级。
（3）发电机增容10%的转子线圈方案
本设计以励磁电流增加为主，转子线圈匝数增加为次。随着科学技术进步，现在转子线圈匝间绝缘可由原来的0.4mm 厚，下降至0.3mm 厚（即垫以0.1mm 厚的苯二酚玻璃坯布3 层），因此原来极身高度尚有富余，所以在原有基础上可增加一匝，即由原来的52.5匝增加至53.5匝。由于以励磁电流增加为主，为确保转子温升值能够下降，所以增大转子线规的截面，由原来的3.53×35 改变为3.53×45。磁极绝缘设计由原来的B级变为F级。
（4）增容后发电机电磁参数计算
短路比是根据电站输电距离，负荷变化情况等因素提出（要求）的。短路比大，可提高发电机在系统运行的静态稳定。水轮发电机的短路比一般为0.9～1.3,标准值为1.1。原发电机短路比设计值为1.118，与标准值1.1 很接近。本次2#机组技术改造按气隙13.5mm，计算短路比为1.016，此计算结果与1#、3#机组的一致。适当减小气隙以实现增发小部分无功的目标是可行的。最终确定气隙为13.0mm，并复算短路比为0.98。
根据发电机结构尺寸进行电磁参数计算结果：增容后发电机要发8938kVA 视在容量需要励磁电压117.53V、励磁电流441.36A，短路比0.98。增容后发电机定子和转子各部位的温升值都低于原发电机。
3.2 转子直流电阻和磁极线圈
招标文件要求转子直流电阻为0.24,（75℃）。但借鉴1#、3#机组的改造经验，中标人仍以转子直流电阻值0.2262,（75℃）作响应，完全可满足招标文件的要求。
3.3 磁极托板
原磁极托板材料为10mm 厚酚醛绝缘板，新磁极托板材料为10mm 厚3240 环氧玻璃坯布板。由于接头片尺寸变化，相应其缺口（槽）尺寸也变化。
3.4 发电机转子风叶改造
本发电机增容后需要通风量为8.54 m3／s。3#机只改造下风扇，计算得通风量为9.41 m3/s，运行效果认为欠佳。2#机上下风扇都改造，计算得通风量为9.967 m3/s，能满足增容后风量要求。本改造采用经优化的新弧形斗式风扇。
3.5 发电机的飞逸转速
发电机增容，因转子线圈重量增加，磁极靴受力也有所增加，理论上发电机的飞逸转速应略有减小。但仍按原发电机标志的飞逸转速785r/min进行核算，结果是：①磁极托板由酚醛板改为3240 环氧玻璃坯布板，其挤压强度满足要求；②改造后磁极靴的最大应力仍在材料许用应力范围内，能满足强度要求。所以，增容后发电机的飞逸转速仍然标785r/min。前述库水位98.0m 下水轮机最大飞逸转速为775.1r/min，小于发电机允许飞逸转速785r/min，安全。
3.6 上机架及推力轴承核算
HL702-LJ-140 型水轮机和TSL330/16-61 型发电机是按63m 水头级配套设计的。HL702 型的水推力系数为0.32，而HLJF2528 型的水推力系数为0.35。所以，改造后机组能在H=63×0.32/0.35=57.6m 下运行。
本电站机组，当库水位98.0m 时，最大可能水头H=56.0m，所以能够安全运行。上机架及推力轴承不必作强度和刚度核算。
3.7 制动和顶转子装置改造
水轮发电机制动及顶转子装置采用单缸双仓气复归制动器，配置电动加压油泵，其各项性能指标均能满足要求。该系统的管路布置尺寸应与机组实际安装尺寸相配合。
参考文献：
[1] 胡锡忠. 亭下水库电厂挖潜增容出效益[J]. 小水电, 1998,(03)
[2] 裴新国, 刘丰梅, 蔡庆永, 刘明先. 3000kW水力发电机增容改进的研究[J]. 小水电, 1999,(01)
[3] 傅森林, 马阿祥. 石壁电站更新改造及体会[J]. 小水电, 1997,(02)
[4] 王一鹏. 关于小水电站技术改造的几点浅见[J]. 小水电, 1997,(02)