白溪水庫壩后電站增效擴容改造分析
簡要：本文分析了白溪水庫壩后電站存在的主要問題，并就該水電站技術改造的方法、政策和保障措施提出了相應的建議。
摘要：本文分析了白溪水庫壩后電站存在的主要問題，并就該水電站技術改造的方法、政策和保障措施提出了相應的建議。
關鍵詞：白溪水庫；電站；設備改造
Abstract: This paper analyzes the main problems of the power station after dam in White River Reservoir, and puts forward some corresponding suggestions on the hydropower station technical transformation method, policy and safeguard measures.
Key words: White River Reservoir; power station; equipment improvement
中圖分類號: TV73 文獻標識碼:A 文章編號：2095-2104（2012）
1、電站概述
白溪水庫集雨面積37km2，總庫容2248萬m3，興利庫容1850萬m3，主要為下游壩后電站、散灘二級、三級、四級和五級電站的發電供水，可進行不完全年調節。
壩后電站最大水頭45.9m，設計水頭38.0m，最小水頭20.0m。機組于1980年10月投產，電站設計流量1.7m3/s，裝機容量500kW，機組臺數一臺。電站近3年來多年平均發電量為141.66萬kWh。
電站主要機電設備為水輪發電機組及其附屬高、低壓電氣設備。水輪機型號為HL220-WJ-50，發電機型號為TSWN99/37-6，變壓器型號為SJ1-750kVA，11/6.3kV。調速器型號為XT300，設計調速功為300kg.m，1979年3月生產。
低壓配電設備為：配電屏BSL-1系列2面；硅整流設備GKA200/220一面；控制屏PK-1/8004面。生產日期為1979年3月－1980年8月不等。
高壓開關設備為：高壓開關柜GG1A系列2面，以及自制互感器柜2面，1979年生產。
電站主要輔助設備包括吊車，閥門等。吊車為單軌雙梁，設計起重量為5t。壓力管為鋼管，現管徑為1.1m。壓力管在廠房上游處設一個岔管，當下游散灘河系電站需要加大流量時從岔管處放水。
2、電站存在問題和改造必要性
設備存在問題：白溪水庫壩后水電站1980年開始發電，電站運行了三十年，超過設計年限，機組嚴重磨損，漏水較大，效率很低，出力不足，現最大出力只有450kW，同時機組振動較大；發電機老化，絕緣降低，線圈溫度超過允許值，事故率高；高壓開關柜和控制保護屏運行時間較長，故障率較高。經分析計算，電站目前運行綜合效率系數為69.21%。
上、下游流量配合存在問題： 白溪水庫放水供下游壩后電站和散灘二、三、四、五級電站進行發電，散灘二級電站設計流量2.2m3/s，大于白溪水庫壩后電站的設計流量。現在白溪水庫的調度原則是：當豐水期水庫水位較高時，水庫通過輔助排洪岔管加大下泄流量以避免溢洪，放水流量達到二級電站設計流量即2.2m3/s；在庫水位較低和枯水期時，以壩后電站發電機組最大過流量為限進行放水。這樣的調度方式減少了水庫溢洪，最大限度利用了水資源，但由于上、下游電站設計流量不配套，造成兩方面的問題：在豐水期壩后電站出現大量的棄水，棄水流量約0.4～0.6m3/s；在枯水期由于水庫放水流量偏小，約1.6～1.9m3/s，小于下游梯級電站的設計流量，使下游梯級電站機組運行工況較大程度偏離了設計工況，運行效率偏低，影響了梯級電站的經濟效益。
由于上述問題的存在，直接影響了電站的經濟效益，應對機組及相應設備進行更換。同時，為合理利用水資源，增加電站的經濟效益，避免電站棄水，適當增加白溪水庫壩后電站水電站的裝機容量，是十分必要的。
3、改造方案
為了配合下游電站發電流量，計劃將壩后電站機組容量增加到630kW，增加130kW。
3.1水輪機改造
原水輪機型號為HL220-WJ-50。根據設備現狀觀察，蝸殼、尾水彎管及導水機構外觀除下部有部分銹蝕外，基本良好。水輪機更換過流能力、單位轉速、空化性能和效率均滿足增容要求的轉輪，同時對舊損的過流部件進行維修翻新，即可較好的達到改造目標。因此，不推薦整機更新的改造方式。
Φ120主軸系統。機組原功率500kW，采用Φ120主軸及推力軸承即可滿足強度，但功率提高到630～700kW時，穩妥起見，主軸更新為Φ140mm為好。本此改造建議更換主軸。
調速器：調速器更換為微機調速器，型號為WT-400。
綜上所述，水輪機及其輔助設備的改造方案為：更換轉輪，維修前后蓋板及活動導葉，推力軸承巴氏合金瓦改造為彈性金屬塑料瓦。更換主軸為φ140型。
水輪機轉輪改造后主要技術參數計算 表1
水庫水位（m）
運行水頭（m）3032343638404244
轉輪單位轉速（r/min）9390878583817977
機組流量（m3/s）1.982.102.102.152.22.152.051.96
轉輪單位流量（l/s）13901390139013901370131012171135
轉輪效率（%）8989898989909191
空化系數σ0.130.130.1250.1250.1250.1150.100.09
機組出力（kW）460530570610660700700700
發電機效率（%）9292929292929292
水輪機改造后參數為：
水輪機型號 JF2528-WJ-50
設計水頭： 38.0m
允許吸出高度： ≤＋2.0 m
額定流量： 2.20m3/s
額定出力： 685kW
額定轉速： 1000r/min
飛逸轉速： 1945.4r/min（對應于H=45m）
活動導葉數： 12
導葉最大開度： ≈90mm
轉輪葉片數： 15
轉輪為鑄焊結構，上冠為ZG20SiMn、下環和葉片為ZG0Cr13Ni4Mo。
3.2發電機改造
發電機改造有三個方案，方案1：新設發電機，型號為SFW630-6/1180，額定電壓6.3kV，配套控制保護設備更換；方案2：原發電機定子線圈改造，轉子線圈翻新，配套控制保護設備更換；方案3：新設發電機，SFW630-6/1180，額定電壓0.4kV，配套控制保護設備更換。三個方案比較見下表：
發電機改造方案比較表 表2
方案1方案1方案1
主要改造內容新設630kW發電機，電壓等級6.3kV，控制保護設備更換原發電機定子線圈改造，轉子線圈翻新，配套控制保護設備更換新設630kW發電機，電壓等級0.4kV，控制保護設備更換
發電機造價（萬元）20.56.516.4
控制保護設備造價（萬元）高壓開關柜三面13.0 直流屏11.6 發電機保護屏5.8 機旁屏、勵磁屏3.5 合計33.9高壓開關柜三面13.0 直流屏11.6 發電機保護屏5.8 機旁屏、勵磁屏3.5 合計33.9機旁屏、勵磁屏、廠用屏 5.5
合計造價（萬元）54.440.421.9
注：發電機造價根據中國電器工業協會行業水平報價
控制保護設備報價根據行業平均水平報價
根據上表的比較，方案3總造價較小，建議采用方案3進行改造。
發電機改造后主要參數如下：
發電機型號 SFW630-6/1180
額定功率： 630kW
額定轉速： 1000r/min
額定電壓： 400V
額定電流： 1136.7A
功率因素： 0.8
飛逸轉速： 2000r/min
3.3 控制保護設備改造
原電站發電機電壓等級為6.3kV，改造后電壓等級為0.4kV，原有的高壓開關柜廢棄，原控制保護設備比較落后，改造后全部更換。控制保護屏采用微機一體化綜合控制屏，同期、保護、控制全部布置在一面屏上，同期方式采用自動準同器、手動準同期備用。勵磁屏選用微機勵磁屏。主電纜由于電壓等級改變，應全部更換，型號為VV-3×240。
操作電源采用220V高頻開關電源，設置一套40AH、220V的全密封免維護鉛酸電池直流系統成套裝置，設微機監控接口，供全站保護、控制、信號等使用。
3.4 變壓器及變電站設備改造
變壓器更換，型號為S11-800kVA，11/0.4kV，斷路器和隔離開關相應更換。
4、改造工程概算
工程改造總投資147.93萬元，其中建安工程費18.27萬元，設備購置費110.86萬元，獨立費用11.76萬元，基本預備費7.04萬元。
5、改造效益
根據徑流調節計算成果（計算過程略），白溪水庫壩后電站增效擴容改造后，裝機容量增加130kW，電站綜合能效指標為83.83%，比改造前增加了14.62%，多年平均發電量201.68萬kWh，比改造前增加60.02萬kWh，年增收益23.06萬元。靜態回收年限約為6.5年，經濟效益還是比較明顯的，說明該電站增效擴容改造工程技術上可行，經濟上也是合理的。
