美国对拉丁顿水电站实施扩容改造

［美国］ P.雷诺兹

美国对拉丁顿水电站实施扩容改造

［美国］ P.雷诺兹

美国密歇根州1 872 MW的拉丁顿(Ludington)水电站是世界上最大的抽水蓄能电站之一。为了在2019年以前重新获得许可证，其共同业主计划在最后期限之前，对设备和设施进行一次大修，其中包括对水电站的升级改造、扩大装机容量，以便获得更大的效益。介绍了水电站的建设背景以及大规模的修复改造计划。

抽水蓄能电站;水电站维修;拉丁顿水电站;美国

合伙人、消费者能源公司(Consumers Energy)(拥有51%股份)和DTE能源/底特律·爱迪生公司(Energy/Detroit Edison)(拥有49%股份)已经计划好，在最后6 a时间内，在密歇根湖东岸实施修复、升级改造设施的工程。实施这项8亿美元的工程，主要意图是使6台水泵水轮机组的运行更加可靠，效率得到提高，且使装机容量增加到2 172 MW。

2011年初，东芝公司签下了工程关键设备的合同，价值5亿美元。该公司目前正在日本开展设计工作，工程计划于2013年中期，也就是在拉丁顿(Ludington)电站运行40 a后，开始在现场安装新设备。

在此之后，将以1 a更换一台机组的速度履行合同，6 a以后，升级改造工程全部完工。由于所有的机组必须在每年的年中投入运行，因此，现场更换设备的时间窗口只好在冬季，而冬季又是北纬高纬度地区不能提供较为便利工作条件的季节。

消费者能源公司表示，由于计划是在正常的利用率高的夏季使机组投入运行，因此预计最大的难题应该与设备的尺寸相关，即有关设备现场运输的事项以及严酷的冬季环境问题。

1 施工

消费者能源公司和底特律·爱迪生公司于20世纪60年代共同组建了密歇根电力合作中心，并于1966年达成协议，同意共同建设并拥有拉丁顿抽水蓄能电站。1969年，工程在密歇根州拉丁顿镇附近开工。

电站的地上厂房安装有6台312 MW的水泵水轮机。电站工程的主要承包商是美国伊巴斯科(Ebasco)工程公司，该公司同时还供应辅助设备，日立公司提供水泵水轮机机组。电站于1973年竣工，是当时世界上最大的抽水蓄能工程。

抽水蓄能电站在密歇根湖和上库之间输水。上库长4 km，宽1.6 km，采用沥青及混凝土衬砌。

工程发电净水头为100.4 m，水泵功率为1 960 MW，可将水送回高为113.5 m的上库，水库的最小高程为175.3 m。围绕水库的堤坝长度为9.6 km，平均高度为31.4 m。

在工程投运的当年，电站获得了美国土木工程师协会(ASCE)颁发的杰出工程成就奖。1987年，即密歇根市成立150周年之际，电站被授予密歇根州十大工程成就之一。

电站水库深为33.5 m，大约60%用于抽水蓄能运行。消费者能源公司称，水库具有超过15 GW·h发电量的库容。电站运行的循环效率大约是70%。该公司同时还宣称:在6台机组同时运行的情况下，电站可在最大功率下运行约9 h。

2 以往的大修

消费者能源公司称，20世纪80年代中期，6台机组的状况已明显表示需要大修。问题主要集中在导叶底部的衬套密封漏水以及转轮的汽蚀状况加剧。

在目前要实施的大修计划开始之前，已经进行过多次一系列的修复工作。第1次大修于1987年完成，而最近的1次大修是在1996年。修复工作主要是处理了汽蚀问题、导叶漏水和导叶衬套的问题，同时，也增加了对转轮上冠裂纹以及推力轴承问题的担心。

对每台机组都进行过大修。4号机组是上次大修后运行时间最长的机组。虽然建议水泵水轮机大修期仅为12～15 a，但是4号机组在进行整体大修以后，大约又连续运行了25 a。

因此，消费者能源公司表示，4号机组是接下来将要实施的6 a大修和水电站机组容量升级改造工程的首台机组。

从1998年到2003年，每年都会对电动机－发电机的绕组进行重绕。1号机组是重绕的首台机组，随后5 a，对2号～6号共5台机组的绕组都进行了重绕。

3 修复和升级改造

在较早对水电站进行完大修之后，迪瓦恩·塔贝尔(Devine Tarbell)于2006年对整座电站的状况进行了评估以及运行寿命的延期试验。重新发放许可证的期限是2019年，距现在还有一段时间，但是设备的尺寸和所需改造工作的规模属于商业范畴。

在2011年2月宣布东芝公司赢得了合同的一份声明中，底特律·爱迪生公司总裁曾表示，没有2008年州立法机构采纳的综合能源法，这种长期投资是不可能的。

对于电站来说，电站业主寻求夜间最低负荷时水泵模式下的流速更快，以便更快地使上库蓄满水，这样可以减少运行费用;上库将减少2 h，只需9.5 h就会蓄满水。同时，业主也还想寻求在发电模式下的流速更快，这样一来，同等的水量就可以发更多的电。

消费者能源公司表示，希望通过此次大修能提高电站的灵活性，例如在更高的上库高程条件下以水泵模式运行的可能性。这样能有助于业主和电网的安全，降低各种可再生能源发电的费用。在2月的声明中，还注明了“拉丁顿电站解决了风力发电的一项关键问题，风力发电是间歇性的且无法存储，除非是象抽水蓄能电站这样特殊的设施。”

为了获取收益，最新的修复工作试图追求提高水泵水轮机组的效率、增加定子铁芯已磨损的电动机－发电机的容量，以及扩大电站辅助设备的容量。通过对水泵水轮机实施改造，并替换成新的不锈钢转轮、新的电动机－发电机定子、铁芯和绕组，可以实现上述目标。

另外，通过合同约定可以提高电站的可靠性，消费者能源公司注明新设备设计成30 a的大修期，与东芝公司签订的合同中包含了设备的性能保障。

拉丁顶顿抽水蓄能电站各项参数见表1。拉丁顿抽水蓄能电站的布置剖面见图1。

表1 拉丁顿抽水蓄能电站

图1 电站布置剖面

修复工程将更换6台水泵水轮机，每台混流式机组机组转轮的直径大约为8.4 m，重约260 t。每台机组的装机容量将增加50 MW或16%，达到362 MW。

所有6台机组的修复设计工作将由东芝公司的京滨(Keihin)产品经营部在日本完成。东芝公司表示，大部分设备将由东芝中国的子公司——东芝水电设备(杭州)有限公司制造。

消费者能源公司表示，现场工作将避开夏季用电高峰期，依次将花费大约8个月的时间对每台机组进行大修。

修复工程的其他工作还包括大河建筑公司(Grand River Construction)赢得的800万美元的合同，其中的大部分，包括防波堤、挡土墙以及2座装配车间的深桩基础，均由当地的分承包商哈德曼(Hardman)建筑公司承接。

消费者能源公司称，水轮机和发电机设备运输的准备工作非常重要。

刘 明 译自英刊《水力发电与坝工建设》2011年第11期

赵秋云 校

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2012-06-26