白溪水库坝后电站增效扩容改造分析
摘要：本文分析了白溪水库坝后电站存在的主要问题，并就该水电站技术改造的方法、政策和保障措施提出了相应的建议。
关键词：白溪水库；电站；设备改造
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
中图分类号: TV73 文献标识码:A 文章编号：2095-2104（2012）
1、电站概述
白溪水库集雨面积37km2，总库容2248万m3，兴利库容1850万m3，主要为下游坝后电站、散滩二级、三级、四级和五级电站的发电供水，可进行不完全年调节。
坝后电站最大水头45.9m，设计水头38.0m，最小水头20.0m。机组于1980年10月投产，电站设计流量1.7m3/s，装机容量500kW，机组台数一台。电站近3年来多年平均发电量为141.66万kWh。
电站主要机电设备为水轮发电机组及其附属高、低压电气设备。水轮机型号为HL220-WJ-50，发电机型号为TSWN99/37-6，变压器型号为SJ1-750kVA，11/6.3kV。调速器型号为XT300，设计调速功为300kg.m，1979年3月生产。
低压配电设备为：配电屏BSL-1系列2面；硅整流设备GKA200/220一面；控制屏PK-1/8004面。生产日期为1979年3月－1980年8月不等。
高压开关设备为：高压开关柜GG1A系列2面，以及自制互感器柜2面，1979年生产。
电站主要辅助设备包括吊车，阀门等。吊车为单轨双梁，设计起重量为5t。压力管为钢管，现管径为1.1m。压力管在厂房上游处设一个岔管，当下游散滩河系电站需要加大流量时从岔管处放水。
2、电站存在问题和改造必要性
设备存在问题：白溪水库坝后水电站1980年开始发电，电站运行了三十年，超过设计年限，机组严重磨损，漏水较大，效率很低，出力不足，现最大出力只有450kW，同时机组振动较大；发电机老化，绝缘降低，线圈温度超过允许值，事故率高；高压开关柜和控制保护屏运行时间较长，故障率较高。经分析计算，电站目前运行综合效率系数为69.21%。
上、下游流量配合存在问题： 白溪水库放水供下游坝后电站和散滩二、三、四、五级电站进行发电，散滩二级电站设计流量2.2m3/s，大于白溪水库坝后电站的设计流量。现在白溪水库的调度原则是：当丰水期水库水位较高时，水库通过辅助排洪岔管加大下泄流量以避免溢洪，放水流量达到二级电站设计流量即2.2m3/s；在库水位较低和枯水期时，以坝后电站发电机组最大过流量为限进行放水。这样的调度方式减少了水库溢洪，最大限度利用了水资源，但由于上、下游电站设计流量不配套，造成两方面的问题：在丰水期坝后电站出现大量的弃水，弃水流量约0.4～0.6m3/s；在枯水期由于水库放水流量偏小，约1.6～1.9m3/s，小于下游梯级电站的设计流量，使下游梯级电站机组运行工况较大程度偏离了设计工况，运行效率偏低，影响了梯级电站的经济效益。
由于上述问题的存在，直接影响了电站的经济效益，应对机组及相应设备进行更换。同时，为合理利用水资源，增加电站的经济效益，避免电站弃水，适当增加白溪水库坝后电站水电站的装机容量，是十分必要的。
3、改造方案
为了配合下游电站发电流量，计划将坝后电站机组容量增加到630kW，增加130kW。
3.1水轮机改造
原水轮机型号为HL220-WJ-50。根据设备现状观察，蜗壳、尾水弯管及导水机构外观除下部有部分锈蚀外，基本良好。水轮机更换过流能力、单位转速、空化性能和效率均满足增容要求的转轮，同时对旧损的过流部件进行维修翻新，即可较好的达到改造目标。因此，不推荐整机更新的改造方式。
Φ120主轴系统。机组原功率500kW，采用Φ120主轴及推力轴承即可满足强度，但功率提高到630～700kW时，稳妥起见，主轴更新为Φ140mm为好。本此改造建议更换主轴。
调速器：调速器更换为微机调速器，型号为WT-400。
综上所述，水轮机及其辅助设备的改造方案为：更换转轮，维修前后盖板及活动导叶，推力轴承巴氏合金瓦改造为弹性金属塑料瓦。更换主轴为φ140型。
水轮机转轮改造后主要技术参数计算 表1
水库水位（m）
运行水头（m）3032343638404244
转轮单位转速（r/min）9390878583817977
机组流量（m3/s）1.982.102.102.152.22.152.051.96
转轮单位流量（l/s）13901390139013901370131012171135
转轮效率（%）8989898989909191
空化系数σ0.130.130.1250.1250.1250.1150.100.09
机组出力（kW）460530570610660700700700
发电机效率（%）9292929292929292
水轮机改造后参数为：
水轮机型号 JF2528-WJ-50
设计水头： 38.0m
允许吸出高度： ≤＋2.0 m
额定流量： 2.20m3/s
额定出力： 685kW
额定转速： 1000r/min
飞逸转速： 1945.4r/min（对应于H=45m）
活动导叶数： 12
导叶最大开度： ≈90mm
转轮叶片数： 15
转轮为铸焊结构，上冠为ZG20SiMn、下环和叶片为ZG0Cr13Ni4Mo。
3.2发电机改造
发电机改造有三个方案，方案1：新设发电机，型号为SFW630-6/1180，额定电压6.3kV，配套控制保护设备更换；方案2：原发电机定子线圈改造，转子线圈翻新，配套控制保护设备更换；方案3：新设发电机，SFW630-6/1180，额定电压0.4kV，配套控制保护设备更换。三个方案比较见下表：
发电机改造方案比较表 表2
方案1方案1方案1
主要改造内容新设630kW发电机，电压等级6.3kV，控制保护设备更换原发电机定子线圈改造，转子线圈翻新，配套控制保护设备更换新设630kW发电机，电压等级0.4kV，控制保护设备更换
发电机造价（万元）20.56.516.4
控制保护设备造价（万元）高压开关柜三面13.0 直流屏11.6 发电机保护屏5.8 机旁屏、励磁屏3.5 合计33.9高压开关柜三面13.0 直流屏11.6 发电机保护屏5.8 机旁屏、励磁屏3.5 合计33.9机旁屏、励磁屏、厂用屏 5.5
合计造价（万元）54.440.421.9
注：发电机造价根据中国电器工业协会行业水平报价
控制保护设备报价根据行业平均水平报价
根据上表的比较，方案3总造价较小，建议采用方案3进行改造。
发电机改造后主要参数如下：
发电机型号 SFW630-6/1180
额定功率： 630kW
额定转速： 1000r/min
额定电压： 400V
额定电流： 1136.7A
功率因素： 0.8
飞逸转速： 2000r/min
3.3 控制保护设备改造
原电站发电机电压等级为6.3kV，改造后电压等级为0.4kV，原有的高压开关柜废弃，原控制保护设备比较落后，改造后全部更换。控制保护屏采用微机一体化综合控制屏，同期、保护、控制全部布置在一面屏上，同期方式采用自动准同器、手动准同期备用。励磁屏选用微机励磁屏。主电缆由于电压等级改变，应全部更换，型号为VV-3×240。
操作电源采用220V高频开关电源，设置一套40AH、220V的全密封免维护铅酸电池直流系统成套装置，设微机监控接口，供全站保护、控制、信号等使用。
3.4 变压器及变电站设备改造
变压器更换，型号为S11-800kVA，11/0.4kV，断路器和隔离开关相应更换。
4、改造工程概算
工程改造总投资147.93万元，其中建安工程费18.27万元，设备购置费110.86万元，独立费用11.76万元，基本预备费7.04万元。
5、改造效益
根据径流调节计算成果（计算过程略），白溪水库坝后电站增效扩容改造后，装机容量增加130kW，电站综合能效指标为83.83%，比改造前增加了14.62%，多年平均发电量201.68万kWh，比改造前增加60.02万kWh，年增收益23.06万元。静态回收年限约为6.5年，经济效益还是比较明显的，说明该电站增效扩容改造工程技术上可行，经济上也是合理的。