横锦一级电站3号机组增效扩容工程技术方案分析

张盛阳，孙见波，楼天宇

(1.东阳市横锦水库管理局，浙江　东阳　322119；2.杭州亚太水电设备成套技术有限公司，浙江　杭州　310012；3．水利部农村水电工程技术研究中心，浙江　杭州　310012)

横锦一级电站3号机组增效扩容工程技术方案分析

张盛阳1，孙见波2，3，楼天宇1

(1.东阳市横锦水库管理局，浙江东阳322119；2.杭州亚太水电设备成套技术有限公司，浙江杭州310012；3．水利部农村水电工程技术研究中心，浙江杭州310012)

1工程概况

横锦水库一级电站位于浙江省中部，水库大坝高达57.5 m，总库容2.808 5亿m3，设计正常蓄水位164.2 m，相应库容1.82亿m3。电站装机4台，总装机容量为9 750 kW，其中3号机组为结合防汛备用电源所建，可为东阳城区保障供水；是连续放水发电的独立机组，所发电力并入系统带基荷连续运行，也可在系统停电时做厂用电源，94年投入运行。3号机组一次系统的设计即考虑到低压直配向库区送电，同时也可以按照运行布置升至35 kV与系统并列运行，这样在汛期高水位也能充分发挥设备潜力，增加经济效益。

3号机组原装机容量500 kW，设计水头38 m，设计流量1.84 m3/s。电站设计年利用小时3 300 h，设计年发电量165万kW·h。由于效率不好，年发电量只有124万kW·h。

水轮机型号为HL240—WJ—50A，最大使用水头45 m，使用水头30～40 m，出力425～654 kW,转速750～1 000 r/min，流量1.7～1.96 m3/s,飞逸转速2 400 r/min。机组为金华水轮机厂1993年10月生产制造。

发电机型号为SFW 500—6/850，额定功率因数0.8，额定电压0.4 kV，额定电流902 A，卧轴结构，额定频率50 Hz，转速1 000 r/min，飞逸转速2 400 r/min，额定出力500 kW。机组为临海电机厂1993年6月生产制造。

2增容方案分析

2.1机组布置形式

该电站的布置形式可以采用电站改造2支点和4支点2种方案，2种方案各有优点：2支点布置紧凑，4支点布置机组运行稳定。机组的水推力3.2 t，采用滚珠组合轴承具有较大风险，而采用滑动轴承成本较高。鉴于电站的轴承座、大轴等部件维护较好，为了节省电站改造成本，结合多座电站的调研，采用了4支点布置形式，保留原来的轴承座和水轮机大轴(见图1)。

2.2水轮机方案

2.2.1水轮机选型

转轮是水轮发电机组的心脏，水轮机选型正确是电站改造成功的关键，而仅仅改造转轮也可实现电站增容效果。通过调研，有多座电站因水轮机选择不当，未到达增效扩容的目的。因此，水轮机选型要结合电站调研进行合理的分析。

3号机组原水轮机采用HL240型转轮，系从苏联引进。随着设计水平的提高，HL240转轮的效率、空化系数等技术参数已经落后，逐步被淘汰。目前该水头段的水轮机新型号比较多，可供选择的优秀转轮有A551、PO820、HL360D等。经过调研多座改造电站的效果，A551型号转轮效率高，空化性能好，运行区合理，选为电站改造的水轮机型号。

图1机组布置示意

2.2.2水轮机改造方案

原电站的蜗壳维护较好，而且蜗壳制造的工期较长，因此改造工程保持蜗壳不变。而转轮、尾水管、导水机构等部件磨损较严重，特别是转轮空蚀严重，经过多次补焊，叶片型线变形严重，降低了电站效率。改造工程技术方案保持蜗壳不变，更换转轮、尾水管、导水机构等部件。为了提高抗空化性能，转轮和尾水管进口段采用不锈钢材料。

2.2.3水轮机技术参数

改造后的水轮机型号为HLA551—WJ—50，转轮直径500 mm，额定转速1 000 r/min， 额定水头36 m，额定出力541 kW，额定流量1.75 m3/s，效率 ≥92.5%。

2.3发电机方案分析

发电机为卧式采用整体组装结构形式，结合分析[1]，采用了无刷励磁方式，发电机配置励磁发电机，降低了改造成本，并提高了机组的运行可靠性。

发电机采用三相交流无刷同步发电机，主要由主发电机、旋转整流模块、交流励磁机3部分组成。同时，为实现机组自动控制，低压机组一体化屏配置无刷励磁装置，该装置主要由1个内置固态电路及其外部元件组成1个整体的箱子，体积小、重量轻、安装维修方便，使用简单可靠，通用性强；特别适合于安装在发电机控制屏上，为大幅减小发电机现场调试服务及提高机组的整体性提供了条件。

改造后的发电机型号为SFW500—6/850，额定电流902 A，额定电压400 V，功率因子0.8，额定转速1 000 r/min，效率≥92.5%。

2.4变压器改造

原来型号为S7—630变压器，由于变压器漏油、损伤、绝缘老化严重，且已被列为淘汰产品，需要报废更换；改用为先进的低能耗的S11—630/6.3型变压器，接线方式采用D, YN011，提高了设备的抑波能力。

2.5电站自动化分析

3号机组装机容量1×500 kW，一机一变单元接线，一回6.3 kV电压等级出线。电站采用自动化监控模式，配置微机测量、控制、保护设备，实现机组控制自动化。

根据水电站实际情况以及设计要求，以自动控制为主、常规监控为辅的原则，采用了分层分布式结构的水电站计算机监控系统，由自动控制系统(现有)、当地控制单元、水轮机微机调速器、无刷励磁装置等4部分组成。

当地控制单元共有3套，1套为3号机组现地控制LCU(低压机组一体化屏，含无刷励磁装置)，

1套为机组测温制动屏(气刹，不独立配置气源)，1套为调速器(原有保留)。

电站安装视频图形系统，提升了运行管理的能力。

3改造效果

2015年3月 21日，完成了72 h试运行。1年来的运行实践表明：3号机组报废重建及增效扩容工程设计合理，新设备满足规范和合同要求，施工质量合格，达到预期目的，电站具备“无人值班(少人值守)”运行条件。

参考文献：

[1]舒静.小型水电站更新改造适用技术探讨[J].小水电,2011(5):57_59.

[2]徐伟.壶源江水电站1 号机组的增容改造[J].小水电,2013(5):72_73.

[3]李世明.东方红水库1 号电站增容改造方案和实施经验[J].小水电,2013(5):69_71.

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责任编辑吴昊

收稿日期：2016-03-10

基金项目：国家科技支撑计划课题(2012BAD10B01)

作者简介：张盛阳(1976-)，男，助理工程师，主要从事水电站检修和运行管理工作。

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