宣平溪二级水电站增效扩容水轮发电机组的选择

郎 敏，邱方荣，李一平

(武义县水务局，浙江 武义 321200)

1 电站概况

宣平溪二级水电站位于武义县西联乡马口村，为混合式电站。宣平溪属瓯江水系，流域内主要有西溪、东溪、竹客溪等支流。电站调节水库为母子库形式布置，总库容为3675万m3，集雨面积92.2km2，其中:母库内庵水库集雨面积57.0km2，总库容为2950万m3，为中型水库;子库青岭水库集雨面积35.2km2，总库容为725万 m3，2水库间用长1648m、洞径2m的隧洞连通，主要建筑物设计防洪标准为50a一遇，校核洪水标准为500a一遇，工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型。主要水工建筑物有:内庵水库大坝、青岭水库大坝、发电引水隧洞、连通隧洞、发电厂房等。

电站建于1987年05月，1992年11月通过机组启动验收投入试生产，电站安装2台立轴混流式水轮发电机组，总装机6400kW。电站主要参数为:最大水头98.8m，最小水头73.2m，额定水头83.5m，多年平均发电量1557.5万kW·h。

2 电站增效扩容改造的必要性

2.1 原电站存在的主要问题

宣平溪二级电站经过21a运行，机组设备有不同程度的磨损、老化，电站自动化程度不高，机组综合效率低。根据电站运行情况，主要存在以下问题:

(1)水轮机转轮空蚀严重，叶片存在剥落现象;水导轴瓦、转轮室磨损严重;转轮迷宫间隙达3.6mm，转轮间隙漏水增大;水轮机效率降低，运行不稳定。导水机构漏水严重，无法正常停机，同时由于停机时漏水量大，减少了电站的发电量。

(2)发电机绝缘老化严重，其定子线圈为B级沥青绝缘，绝缘等级低，性能差，极易受潮，机组一旦停机超过1d，绝缘电阻便接近为零。另外，由于热老化、电老化、机械老化等因素，使发电机定子线圈许多位置出现严重绝缘层流胶发空、裂纹以及槽楔、线圈线绑扎松动等现象，已无法满足机组安全运行的要求。发电机转子线圈对地和匝间绝缘老化也比较严重。

(3)主阀渗漏水相当严重，该主阀采用空气围带止水密封，空气围带易损坏，操作系统油路复杂，故障多，操作经常失灵。

(4)调速器为YDT-1800电液调速器，电液转换器易堵塞失灵，且对油质要求和装配要求都很严，设备渗漏油严重，自动运行稳定性较差。

(5)电站技术供水管路锈蚀、淤堵严重，经检查，某些部位实际过流能力只有原管路的40.0%，影响机组正常运行。

(6)现电站使用的高压开关柜没有五防设施，存在安全隐患。多油断路器、隔离开关等一次设备陈旧老化，均系淘汰产品。

(7)35kV多油断路器有不同程度的渗漏油。接点和操作机构经过多年的运行，有不同程度的磨损，运作不可靠;遇事故断开存在拒跳隐患，可能造成事故的扩大。

(8)老式的配电柜自动化程度低，继电保护动作不灵敏，不可靠。无法实现“无人值班，少人值守”要求。

(9)根椐水利部颁发的《农村水电站安全管理分类及年检的办法》(水电【2006】146号文件)中的关于水电站安全管理分类标准，宣平溪二级电站由于设备完好率和自动化程度低，只能达到B类水电站的标准。

2.2 电站增效扩容改造的必要性

2.2.1 合理利用水力资源的需要

宣平溪二级电站调节水库以母子水库形式，总库容为3675万m3，集雨面积为92.2km2，内庵库区平均降雨量为1861mm，青岭库区平均降雨量为1773mm，多年平均总来水量为10840万m3，正常库容为总来水量的33.4%，建库以来每年有大量弃水。通过对电站进行增效扩容改造，增加电站的装机容量，可以提高径流的利用率，减少内庵、青岭水库的年弃水量。

2.2.2 实现农村水电技术现代化的要求

根据水利部《农村水电技术现代化指导意见》 (水电【2003】170号文件)提出“2015年，农村水电行业全面实现现代化”的总体目标和“20世纪90年代以前建设的水电厂，要做出更新改造规划，实现无人值班 (少人值守)。对已超过使用年限，经技术改造认证仍达不到要求的发电机组，要报废重建或强行淘汰”的要求，宣平溪二级电站增效扩容改造是实现农村水电技术现代化的必然要求。

3 机组增效扩容改造方案

3.1 水轮机

水轮机部分仅保留蜗壳、座环、尾水管等埋设部件。更换2台水轮机的转轮、主轴、导水机构等主要部件及所有水轮机自动化部分。

3.2 发电机

根据更换后水轮机的额定转速和机组单机容量，更换2台发电机及所有自动化元件。

4 水轮机机型的选择

4.1 机型选择原则

对主要水工建筑物及水轮机埋设部件不作大改动的增容改造电站，水轮机机型选择主要原则:①转轮效率比原高;②空蚀性能比原好，水轮机实际吸出高度基本不变;③过流量比原大，满足电站增效扩容改造目标;④流道与原水轮机相同或相近。

4.2 选型设计

二级电站原水轮机型号为HLA253-LJ-84，经过20多年运行，水轮机存在的问题有:①空蚀严重，2台水轮机转轮叶片背面靠上冠处空蚀面积较大，经多次补焊，叶片型线变异较大，效率明显降低;②转轮迷宫间隙达3.6mm，间隙过大导致转轮间隙漏水量增大;③导水机构漏水严重，不仅无法正常停机，也影响电站发电效益。根据机型选择原则，经咨询国内有关厂家，HLJ630转轮满足电站增效扩容改造的要求，其模型转轮与原HLA253主要性能参数的比较见表1。

表1 模型转轮参数比较表

从表1可见，HLJ630效率高，效率比原 HLA253高2.7%～3.0%;单位流量较大，比原HLA253过流能力大18%，满足电站增效扩容改造的要求;空蚀系数小，抗空蚀能力强，允许吸出高度≥2.0m;流道与HLA253相近，应用于二级电站增效扩容改造，因流道差异、效率下降1.0%。因此二级电站增效扩容改造初选HLJ630-LJ-85型转轮代替原HL253-LJ-84型转轮。为了增强水轮机的抗空蚀能力，延长设备检修间隔，采用1Cr13Ni4Mo不锈钢转轮。

5 增效扩容前后水力发电机组参数比较

增效扩容前后水力发电机组参数比较见表2、3。

表2 水轮机主要技术参数表

表3 发电机主要技术参数表

6 结语

宣平溪二级电站经过21a运行，水轮发电机组存在多种问题，影响了电站的安全运行和经济效益，对宣平溪二级电站增效扩容改造是非常有必要的。水轮发电机组改造方案及合理选型对电站的增效扩容至关重要，须慎重选择最佳方案，确保电站增效扩容发挥最大效益。