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【摘要】对于水电站水轮发电机组而言，针对整个发电机组进行技术改造并非一蹴而就的，其更多的倾向于一种长期且复杂的系统化工程。在当前技术条件支持下，丹江水电站水轮发电机组技术改造工作自2007年准备以来，通过设备生产、技术投入、施工作业到最终的改造完成基本可以于2013年完成。整个丹江水电站水轮发电机组技术改造共设计2台发电机装置、5台水轮机装置、调速器、变压器、高压开关以及部分辅助设备。本文依据这一实际情况，结合丹江电站水轮发电机组档案管理资料，通过对发电机以及水轮机装置运行故障的分析，结合对整个水轮发电机组故障经济损失的分析，旨在于探求技术改造的必要性与可行性。
【关键词】水电站；发电机；水轮机；技术改造；必要性；损失；分析
【中图分类号】TK730.3+23
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0206-01
丹江口水利枢纽位于湖北省内汉江干流与支流丹江汇合处位置下游段0.8km，丹江口水电站属坝后厂房式，于1968年正式投入第一台发电机组开始运行作业，截止1973年共投入6台装机容量为150MW单位的水轮发电机组。最大年发电量达54.12亿千瓦时，多年平均发电量38.3亿千瓦时，保证出力25.9万千瓦，110千伏系统出线8条，220千伏系统出线6条，工业产值及综合效益表现突出。由于库容大，丹江口水电站成为华中电网主要调频、调峰厂，担负着电网繁重的调频、调峰和事故备用任务；对于我国而言，丹江水电站水轮发电机组的正常运行直接关系着华中片区电力系统供电作业的安全性与可靠性，其重要意义是可想而知的。然而在丹江水电站四十余年的持续性运行过程当中，水轮发电机机组的老化问题已尤为严重，设备设备严重老化，及故障问题频频发生，不仅威胁电厂的安全运行，同时造成了不可预估的经济损失。同时，随着南水北调中线工程实施，水利枢纽大坝加高176.6m后，正常蓄水位提高至170m，通过优化调度，可提高汉江中下游防洪能力、扩大防洪效益，满足近期调水量95亿rn3，后期调水量120-130亿m3，机组的出力将会提高，旧的机组显然不能满足需要，从这一角度上来说，针对丹江水电站水轮发电机组进行技术改造，确保相关机组运行状态的稳定性与可靠性无疑是至关重要的。本文试对其做详细分析与说明。
一、丹江水电站水轮发电机组技术改造的必要性、可行性分析
丹江电厂旧机组中，1#、2#发电机均系苏联乌拉尔电力工厂1960年产品，3#--6#为东方电机厂生产。经过几十年的运行，丹江水电站机组老化严重，水轮发电机在运行中了出现了各种程度不同的事故及故障。水轮机汽蚀一年比一年严重，一个大修周期内，水轮机汽蚀面积达9m2，水轮机叶片常常因为汽蚀而穿孔，上冠减压板上的10根引水短管常常出现直径为150mm，深度为120mm的汽蚀深孔，严重威胁着机组的安全运行，同时1#、2#发电机为苏联上世纪六十年代生产，采用B级黑色绝缘，该绝缘老化严重。在九十年代已改造为环氧粉云母绝缘，至今投运二十多年，该绝已经发空、干裂、绝缘等级降低，线棒端部防晕层大面积损坏，其中A相泄漏电流已超过规定值，绝缘不同程度发空，在检修试验中曾击穿三根线棒。其中1号机组发生过两次烧坏定子铁芯、线棒的事故，其他机组出发生过数次预防性耐压击穿或运行中定子绝缘事故以及其它类型的缺陷事故等，为了改变这种现状，必须进行机组更新改造，使之增容挖潜。
早在1992年至2000年，1拌、2#、6#机组改造时，由于当时南水北调工程还没有提到议事日程上来，故机组改造的高效区结合结合当时运行的实际情况，放在了低水头区。2000年3#机改造时，南水北调已经提上了议事日程，所以3#改造考虑到了后期水位抬高的因素，机组高效率区域在69.5水头处，接近于大坝加高后加权平均水头70.2，水轮机在额定水头63.5米情况下，出力为173.4MW，水轮机设计最在出力为192.8MW。实践证实，四台水轮机经过出力有了大幅度的提高，在2003年高水位时，全厂机组最大出力达到了1017.7MW，超过额定出力117.7MW。已经改造过的这四台发电机均由东方电机厂改造，在保持机座不变的情况下，通过更换定子铁芯、定子线圈、转子磁极线圈、通风冷却系统就能增加发电机额定容量。从几年的运行情况看，均完全稳定运行。
随着生产力的提高和计算机技术在制造业的广泛应用，水轮机的设计与往日相比有了巨大的进步。在设计流量不变的情况下，通过CFD计算与转轮模型试验对比进行优化，使水轮机效率大大提高，采用先进的数控五座标车床，能提高转轮的加工精度，使原型水轮机更接近模型机组。南水北调大坝加高后，随着水头的提高，在设计流量不变的情况下，水流的势能增加，使机组的出力必然增大。发电机通过采用新型绝缘材料，在定子机座不变的情况下，通过金属截面积增加，通风改造、定子及转子线圈更换，就可以增容到175MW。
总的来说就是：丹江水电站水轮发电机组出现的各类运行故障、运行安全应还以及增容目的要求通过对水轮发电机组的技术改造方式予以实现。通过改造所能够实现的机组出力增大趋势以及增容趋势使得整个技术改造可行且必要。
二、丹江水电站水轮发电机组改造提升经济效益分析
2003年，全国电价工作会议正式传达《电价改革方案》，确定了在建立电力市场的初期，将实行两部分电价，上网电价是容量电价下电网电价；容量电价可以保证发电企业固定成本的回收，与实际发电量无关，即多发或少发电量均按容量电价付给电厂同样的容量电费。经过改造后丹江电站的实际发电能够达到1050MW，如果还将额定出力定在900MW，导致总装机容量过小，我厂在将来的容量电价上就要受到巨大的损失。
经过改造，丹江电站机组的实际出力将远远超过原有机组额定出力150MW，申请更换铭牌，提高电站总装机容量，会在将来的容量电价上取得更多利益。以清江流域的高坝洲水电站为例，该电站1999年首台机组发电时，机组铭牌标示的额定出力仅为84MW，电站总装机容量为252MW，为了在流域来水较丰时，增加发电量，高坝洲电站通过增容，机组更换了新铭牌，铭牌参数为90MW，从而使总装机容量达到270MW，若以增加一台机组的容量6MW、年平均利用小时以4000小时计算，三台机组全年可增加发电量7200万度，经济效益非常可观。
三、结束语
在全球经济一体化建设进程不断加剧与城市化建设规模持续扩大的背景作用之下，水电建设事业可以说正面临着前所未有的发展机遇与挑战。然而对于我国而言，现阶段在运行大部分发电机机组，特别是水轮发电机机组受到建设年代时期背景下科学技术发展有限性因素的制约与影响，导致整个水电站建设运行水平质量始终比较低下，绝大部分发电机组在长时间且持续性的运行过程当中无法确保使用质量的有效性，从而引发大量的问题及故障。本文所例举的丹江水电站水轮发电机组即表现出了以上几个方面的问题，亟待改进。与此同时，现代意义上的水电站水轮发电机组在负担电力供应任务的同时还需要兼具调频、调峰以及事故备用的综合性功能，这对于发电机组运行能力的要求是极为严格的，综上所述，丹江水电站水轮发电机组技术改造必要且必须，改造后给整个丹江水电站所带来的经济效益同样尤为显著，应当予以重点关注。
参考文献
[1]张秀琨.郑刚.刘传威等，抽凝机组低真空循环水供热技术分析与应用.[J].上海电力学院学报.2009.25.（06）.543—546
[2]李华俊.康利.卜明南等.HL-2A装置两套80MVA电动发电机组的技术改造.[c].中国核学会2009年学术年会论文集.2009.3872—3877
[3]陈绍钢.山美水库电站水轮发电机组技术改造.[c].福建省电机工程学会第六届年会、第二届青年学术年会——省科协第六届学术年会论文集.2006.171—174
[4]张海月.王鹏，赵鹏燕等.QF-6-2型发电机组励磁系统技术改造.[c].2007年全国冶金供用电专业年会论文集.2007.105—108
[5]阎安民.刘韶林.李冠华等.利用燃气轮发电机组对现有火电厂进行技术改造的探讨.[J].燃气轮机技术.2000.13.（02）.12-16
[6]张蓉.发电机组励磁系统技术改造.[c].中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集.2004.47—50
【关键词】水电站；发电机；水轮机；技术改造；必要性；损失；分析
【中图分类号】TK730.3+23
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0206-01
丹江口水利枢纽位于湖北省内汉江干流与支流丹江汇合处位置下游段0.8km，丹江口水电站属坝后厂房式，于1968年正式投入第一台发电机组开始运行作业，截止1973年共投入6台装机容量为150MW单位的水轮发电机组。最大年发电量达54.12亿千瓦时，多年平均发电量38.3亿千瓦时，保证出力25.9万千瓦，110千伏系统出线8条，220千伏系统出线6条，工业产值及综合效益表现突出。由于库容大，丹江口水电站成为华中电网主要调频、调峰厂，担负着电网繁重的调频、调峰和事故备用任务；对于我国而言，丹江水电站水轮发电机组的正常运行直接关系着华中片区电力系统供电作业的安全性与可靠性，其重要意义是可想而知的。然而在丹江水电站四十余年的持续性运行过程当中，水轮发电机机组的老化问题已尤为严重，设备设备严重老化，及故障问题频频发生，不仅威胁电厂的安全运行，同时造成了不可预估的经济损失。同时，随着南水北调中线工程实施，水利枢纽大坝加高176.6m后，正常蓄水位提高至170m，通过优化调度，可提高汉江中下游防洪能力、扩大防洪效益，满足近期调水量95亿rn3，后期调水量120-130亿m3，机组的出力将会提高，旧的机组显然不能满足需要，从这一角度上来说，针对丹江水电站水轮发电机组进行技术改造，确保相关机组运行状态的稳定性与可靠性无疑是至关重要的。本文试对其做详细分析与说明。
一、丹江水电站水轮发电机组技术改造的必要性、可行性分析
丹江电厂旧机组中，1#、2#发电机均系苏联乌拉尔电力工厂1960年产品，3#--6#为东方电机厂生产。经过几十年的运行，丹江水电站机组老化严重，水轮发电机在运行中了出现了各种程度不同的事故及故障。水轮机汽蚀一年比一年严重，一个大修周期内，水轮机汽蚀面积达9m2，水轮机叶片常常因为汽蚀而穿孔，上冠减压板上的10根引水短管常常出现直径为150mm，深度为120mm的汽蚀深孔，严重威胁着机组的安全运行，同时1#、2#发电机为苏联上世纪六十年代生产，采用B级黑色绝缘，该绝缘老化严重。在九十年代已改造为环氧粉云母绝缘，至今投运二十多年，该绝已经发空、干裂、绝缘等级降低，线棒端部防晕层大面积损坏，其中A相泄漏电流已超过规定值，绝缘不同程度发空，在检修试验中曾击穿三根线棒。其中1号机组发生过两次烧坏定子铁芯、线棒的事故，其他机组出发生过数次预防性耐压击穿或运行中定子绝缘事故以及其它类型的缺陷事故等，为了改变这种现状，必须进行机组更新改造，使之增容挖潜。
早在1992年至2000年，1拌、2#、6#机组改造时，由于当时南水北调工程还没有提到议事日程上来，故机组改造的高效区结合结合当时运行的实际情况，放在了低水头区。2000年3#机改造时，南水北调已经提上了议事日程，所以3#改造考虑到了后期水位抬高的因素，机组高效率区域在69.5水头处，接近于大坝加高后加权平均水头70.2，水轮机在额定水头63.5米情况下，出力为173.4MW，水轮机设计最在出力为192.8MW。实践证实，四台水轮机经过出力有了大幅度的提高，在2003年高水位时，全厂机组最大出力达到了1017.7MW，超过额定出力117.7MW。已经改造过的这四台发电机均由东方电机厂改造，在保持机座不变的情况下，通过更换定子铁芯、定子线圈、转子磁极线圈、通风冷却系统就能增加发电机额定容量。从几年的运行情况看，均完全稳定运行。
随着生产力的提高和计算机技术在制造业的广泛应用，水轮机的设计与往日相比有了巨大的进步。在设计流量不变的情况下，通过CFD计算与转轮模型试验对比进行优化，使水轮机效率大大提高，采用先进的数控五座标车床，能提高转轮的加工精度，使原型水轮机更接近模型机组。南水北调大坝加高后，随着水头的提高，在设计流量不变的情况下，水流的势能增加，使机组的出力必然增大。发电机通过采用新型绝缘材料，在定子机座不变的情况下，通过金属截面积增加，通风改造、定子及转子线圈更换，就可以增容到175MW。
总的来说就是：丹江水电站水轮发电机组出现的各类运行故障、运行安全应还以及增容目的要求通过对水轮发电机组的技术改造方式予以实现。通过改造所能够实现的机组出力增大趋势以及增容趋势使得整个技术改造可行且必要。
二、丹江水电站水轮发电机组改造提升经济效益分析
2003年，全国电价工作会议正式传达《电价改革方案》，确定了在建立电力市场的初期，将实行两部分电价，上网电价是容量电价下电网电价；容量电价可以保证发电企业固定成本的回收，与实际发电量无关，即多发或少发电量均按容量电价付给电厂同样的容量电费。经过改造后丹江电站的实际发电能够达到1050MW，如果还将额定出力定在900MW，导致总装机容量过小，我厂在将来的容量电价上就要受到巨大的损失。
经过改造，丹江电站机组的实际出力将远远超过原有机组额定出力150MW，申请更换铭牌，提高电站总装机容量，会在将来的容量电价上取得更多利益。以清江流域的高坝洲水电站为例，该电站1999年首台机组发电时，机组铭牌标示的额定出力仅为84MW，电站总装机容量为252MW，为了在流域来水较丰时，增加发电量，高坝洲电站通过增容，机组更换了新铭牌，铭牌参数为90MW，从而使总装机容量达到270MW，若以增加一台机组的容量6MW、年平均利用小时以4000小时计算，三台机组全年可增加发电量7200万度，经济效益非常可观。
三、结束语
在全球经济一体化建设进程不断加剧与城市化建设规模持续扩大的背景作用之下，水电建设事业可以说正面临着前所未有的发展机遇与挑战。然而对于我国而言，现阶段在运行大部分发电机机组，特别是水轮发电机机组受到建设年代时期背景下科学技术发展有限性因素的制约与影响，导致整个水电站建设运行水平质量始终比较低下，绝大部分发电机组在长时间且持续性的运行过程当中无法确保使用质量的有效性，从而引发大量的问题及故障。本文所例举的丹江水电站水轮发电机组即表现出了以上几个方面的问题，亟待改进。与此同时，现代意义上的水电站水轮发电机组在负担电力供应任务的同时还需要兼具调频、调峰以及事故备用的综合性功能，这对于发电机组运行能力的要求是极为严格的，综上所述，丹江水电站水轮发电机组技术改造必要且必须，改造后给整个丹江水电站所带来的经济效益同样尤为显著，应当予以重点关注。
参考文献
[1]张秀琨.郑刚.刘传威等，抽凝机组低真空循环水供热技术分析与应用.[J].上海电力学院学报.2009.25.（06）.543—546
[2]李华俊.康利.卜明南等.HL-2A装置两套80MVA电动发电机组的技术改造.[c].中国核学会2009年学术年会论文集.2009.3872—3877
[3]陈绍钢.山美水库电站水轮发电机组技术改造.[c].福建省电机工程学会第六届年会、第二届青年学术年会——省科协第六届学术年会论文集.2006.171—174
[4]张海月.王鹏，赵鹏燕等.QF-6-2型发电机组励磁系统技术改造.[c].2007年全国冶金供用电专业年会论文集.2007.105—108
[5]阎安民.刘韶林.李冠华等.利用燃气轮发电机组对现有火电厂进行技术改造的探讨.[J].燃气轮机技术.2000.13.（02）.12-16
[6]张蓉.发电机组励磁系统技术改造.[c].中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集.2004.47—50