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摘 要：在本文中，笔者根据里畈水库一级电站实际情况，系统分析了该电站增效扩容改造工程的优化设计。从该工程的概况入手，分析了水电站运行的现状及其中存在的问题，针对问题和现状，提出了较为系统的增效扩容改造方案。
关键词：增效扩容；改造工程；优化设计
为了最大程度上利用里畈水库一级电站原有的水工建筑物，就必须选择最为合适的机型，并结合电站的实际情况来确定增效扩容改造工程的优化设计，而里畈水库一级水电站增效扩容的改造工程的关键就是确保发电机组的稳定运行。
1 工程概况
2 工程运行现状及主要存在问题
里畈水库一级电站运行至今已三十余年，电站各部位均存在一定安全隐患，现将电站运行情况分诉如下：
2.1 进水闸门
在大坝182.03高程处设有WL20/45螺杆式检修闸门，通过连杆在大坝坝顶218.03m处启闭室内操作，大坝加高后，启闭室封闭在上廊道内，关闭后虽然有渗漏，但通过平时的维护运行情况一直安全可靠。
2.2 引水涵洞、管道
电站发电引水涵洞和管道管径?1.4m，坝内涵洞运行正常，不渗水；管道原是露天铺设，进入厂房前为钢管混凝土埋设，1996年大坝加高后，露天铺设钢管进行钢筋混凝浇灌，厂房内钢管（裸露部分约30cm）采用?16钢筋打箍加强，目前运行正常。
2.3 蝶 阀
2007年电站三台进水蝶阀全部由原来6kg压力更换为10kg压力的D941X-1的阀门，目前运行正常。碟阀坑之间渗漏水沟槽连通，1号与2号蝶阀坑之间布置集水井和一台排水泵，当2号机尾水位低于集水井水位时，集水井水自行排出，尾水位高于集水井时，由水泵排水，排水正常。
2.4 水轮发电机组
水轮机型号为LH240-WJ-50，由金华水轮机厂生产，通过三十多年运行，导水机构锈蚀严重，操作不灵、渗水量大，工作机构汽蚀严重，效率低；发电机型号是SFW-320-8，由临海电机厂生产，相复励励磁，由于运行多年，经常发生励磁线圈、定子绕组短路，发生电气故障，造成运行不正常。
2.5 二次部分
原设计继电保护简单单一，保护少，并网操作用手工，运行安全性底。
2.6 厂 房
电站主厂房长22.9m，层高两层7.5m，布置三套HL240-WJ-50发电机组，水轮机安装高程180.03m；厂房基础建在基岩上，地质条件良好；地上部分为钢筋混凝土砖木结构，结构稳固，屋面瓦片需要翻新；控制室屋面需要平改坡加盖瓦片防渗漏、高配室1998年重建正常。
2.7 变压器
变压器为S7型，容量1250kVA，铜铁损大，属于淘汰产品，需要更新。
2.8 进站道路
原为电站门口桥梁与大坝左岸连通，1996年桥梁被泄洪洪水冲毁，无法恢复，需绕道通行，大件设备无法进出，2009年沿电站下游防洪堤修建3m宽水泥路约200m，尚有约200m路因征用土地未果而搁置。暂无公路到达。
根据上述，本电站存在的主要问题为电气设备及机组老化严重，效率低，能耗大；严重地影响了生产安全。为了确保国有资产保值增值，消除该水电站安全隐患，同时考虑提高清洁能源的使用率，充分利用水力资源，挖掘发电潜力，增加经济效益，有必要对该水电站及时进行技术改造。
3 电里畈水库一级站增效扩容改造工程的优化设计
3.1 增容方案的选择
本次增效扩容改造工程，根据业主的意见和电站最近几年的实际运行情况，笔者拟定了3个优化方案，分别是1200kW、1890kW、2400kW方案中，选1890kW方案。从增效扩容的投资和收益方面分析，装机容量应该从18790kW增加到1890kW。综合各方面的方案，应选择最优的第2方案。
从水工建筑物和机组增容的实际情况看，装机容量如果增加到3000kW的时候，则机组的额定电流就会比原机组增加超过40A，这个时候引水系统水工建筑物以及机组的效率都不在合理的范围之内，因此，此方案不能列入本次方案进行相关的比较。装机容量在1200kW到2400kW之间均在合理的范围内，额定电流也在合理的范围内。综合装机利用的小时数、单位千瓦的投资额度和发电量，以及水工建筑物机组的综合运行情况等相关指标，并且考虑到业主的意见，最后选择的是1890kW的装机容量。
3.2 水轮机优化设计方案
根据里畈水库一级电站的一基本情况，笔者选择采用HLA866a型转轮来替换机组原来的转轮，但是原水轮机通流部位的部件保持不变，这样就可以达到以最为经济的手段进行水轮机优化的目标。
通过表1中的参数对比，我们可以清楚地看到，改造之后的转轮的效率要明显高于改造之前的转轮的效率。水轮机经过优化设计后，额定工时的最大运行效率达到了95.61%，要远远高于本次改造水轮机额定工况点效率大于等于92%的预期目标。
3.3 发电机设备的优化改造方案
当前的发电机组的设备已经严重老化，主要集中在发电机定和转子绕组绝缘这两部分部件上，此外也有绝缘耐热等级比较低，发电机设备运行的综合效率比较差等因素。为了有效提高发电机的整体发电性能和有效达成相关效率指标，减少能源的消耗，在保持原发电机尺寸结构不变的情况下，计划将发电机的转子和发电机定全部更换为F级别的绝缘。发电机设备经过优化，发电机定和转子绕组以及绝缘，增大了导线截面的面积，提高了相应的槽满率，增加了发电机的额定容量。与此同时，对发电机的测温元件、信号元件等也进行了更新换代。
3.4 技术改造优化方案
发电机冷却设备的优化设计：
关于冷却方式的选择，该电站旧有的发电机是B级绝缘，自然风的冷却方式效果已经无法满足发电站正常的发电需要，因此，需要对旧有的发电机冷却方式进行优化。这无疑会加快线圈绝缘的老化，且在发电机组停机过程当中，其线圈很容易受潮，因此就会严重影响发电机组的安全性和可靠性，给发电机组的正常运行埋下隐患。针对上述存在的问题，本次优化设计，是将原来的敞开式的自然通风冷却方式优化成为封闭式的空气冷却器冷却方式，此外，还安装辅助的加热器设备。
关于空气冷却器的设计。原来的发电机组机坑通道的宽度仅仅有700mm，空间非常有限，因此不利于冷却系统的布置。为了有效保证发电机组通道有足够的布置空间，方便发电机及其设备的检查和维护，拟将定子外壁悬挂的空冷器出做成四方形。同时，将冷却器的无缝管与合金的金属叠片相结合，以此来增加散热的面积，有效提高冷却器制冷的效果。空冷器的厚度仅有170cm，而发电机组通道的最窄处有450cm，这就达到了最大程度上节省空间的目的。而发电机组实际运行的结果也表明，发电机组在3.4MW额定负荷运行的情况下，定子的实际最高温度只有84.4度，远低于F级绝缘所允许的最高的140度的设计温度。
4 结 语
在不改变水工建筑物的前提下，对原有的电站进行增效扩容的优化改造，根据电站的实际情况，选择最适合水轮机型号是增效扩容优化设计的关键所在。在本文中，笔者根据里畈水库一级电站的一基本情况，经过系统研究，确定了扩容的方案，对发电机及其设备进行了系统改造。经过本次改造，电站的稳定性和安全性增强。
参考文献
[1]吴庆波，高磊，孙晓平等.西沟水电站增效扩容改造技术的研究[J].黑龙江水利科技，2013（3）.
[2]刘承.龙头山水电站增效扩容改造探讨[J].中国水能及电气化，20013（12）.
[3]陈锡芳.水轮发电机改造增容与优化运行[M].中国水利水电出版社，2010.
关键词：增效扩容；改造工程；优化设计
为了最大程度上利用里畈水库一级电站原有的水工建筑物，就必须选择最为合适的机型，并结合电站的实际情况来确定增效扩容改造工程的优化设计，而里畈水库一级水电站增效扩容的改造工程的关键就是确保发电机组的稳定运行。
1 工程概况
2 工程运行现状及主要存在问题
里畈水库一级电站运行至今已三十余年，电站各部位均存在一定安全隐患，现将电站运行情况分诉如下：
2.1 进水闸门
在大坝182.03高程处设有WL20/45螺杆式检修闸门，通过连杆在大坝坝顶218.03m处启闭室内操作，大坝加高后，启闭室封闭在上廊道内，关闭后虽然有渗漏，但通过平时的维护运行情况一直安全可靠。
2.2 引水涵洞、管道
电站发电引水涵洞和管道管径?1.4m，坝内涵洞运行正常，不渗水；管道原是露天铺设，进入厂房前为钢管混凝土埋设，1996年大坝加高后，露天铺设钢管进行钢筋混凝浇灌，厂房内钢管（裸露部分约30cm）采用?16钢筋打箍加强，目前运行正常。
2.3 蝶 阀
2007年电站三台进水蝶阀全部由原来6kg压力更换为10kg压力的D941X-1的阀门，目前运行正常。碟阀坑之间渗漏水沟槽连通，1号与2号蝶阀坑之间布置集水井和一台排水泵，当2号机尾水位低于集水井水位时，集水井水自行排出，尾水位高于集水井时，由水泵排水，排水正常。
2.4 水轮发电机组
水轮机型号为LH240-WJ-50，由金华水轮机厂生产，通过三十多年运行，导水机构锈蚀严重，操作不灵、渗水量大，工作机构汽蚀严重，效率低；发电机型号是SFW-320-8，由临海电机厂生产，相复励励磁，由于运行多年，经常发生励磁线圈、定子绕组短路，发生电气故障，造成运行不正常。
2.5 二次部分
原设计继电保护简单单一，保护少，并网操作用手工，运行安全性底。
2.6 厂 房
电站主厂房长22.9m，层高两层7.5m，布置三套HL240-WJ-50发电机组，水轮机安装高程180.03m；厂房基础建在基岩上，地质条件良好；地上部分为钢筋混凝土砖木结构，结构稳固，屋面瓦片需要翻新；控制室屋面需要平改坡加盖瓦片防渗漏、高配室1998年重建正常。
2.7 变压器
变压器为S7型，容量1250kVA，铜铁损大，属于淘汰产品，需要更新。
2.8 进站道路
原为电站门口桥梁与大坝左岸连通，1996年桥梁被泄洪洪水冲毁，无法恢复，需绕道通行，大件设备无法进出，2009年沿电站下游防洪堤修建3m宽水泥路约200m，尚有约200m路因征用土地未果而搁置。暂无公路到达。
根据上述，本电站存在的主要问题为电气设备及机组老化严重，效率低，能耗大；严重地影响了生产安全。为了确保国有资产保值增值，消除该水电站安全隐患，同时考虑提高清洁能源的使用率，充分利用水力资源，挖掘发电潜力，增加经济效益，有必要对该水电站及时进行技术改造。
3 电里畈水库一级站增效扩容改造工程的优化设计
3.1 增容方案的选择
本次增效扩容改造工程，根据业主的意见和电站最近几年的实际运行情况，笔者拟定了3个优化方案，分别是1200kW、1890kW、2400kW方案中，选1890kW方案。从增效扩容的投资和收益方面分析，装机容量应该从18790kW增加到1890kW。综合各方面的方案，应选择最优的第2方案。
从水工建筑物和机组增容的实际情况看，装机容量如果增加到3000kW的时候，则机组的额定电流就会比原机组增加超过40A，这个时候引水系统水工建筑物以及机组的效率都不在合理的范围之内，因此，此方案不能列入本次方案进行相关的比较。装机容量在1200kW到2400kW之间均在合理的范围内，额定电流也在合理的范围内。综合装机利用的小时数、单位千瓦的投资额度和发电量，以及水工建筑物机组的综合运行情况等相关指标，并且考虑到业主的意见，最后选择的是1890kW的装机容量。
3.2 水轮机优化设计方案
根据里畈水库一级电站的一基本情况，笔者选择采用HLA866a型转轮来替换机组原来的转轮，但是原水轮机通流部位的部件保持不变，这样就可以达到以最为经济的手段进行水轮机优化的目标。
通过表1中的参数对比，我们可以清楚地看到，改造之后的转轮的效率要明显高于改造之前的转轮的效率。水轮机经过优化设计后，额定工时的最大运行效率达到了95.61%，要远远高于本次改造水轮机额定工况点效率大于等于92%的预期目标。
3.3 发电机设备的优化改造方案
当前的发电机组的设备已经严重老化，主要集中在发电机定和转子绕组绝缘这两部分部件上，此外也有绝缘耐热等级比较低，发电机设备运行的综合效率比较差等因素。为了有效提高发电机的整体发电性能和有效达成相关效率指标，减少能源的消耗，在保持原发电机尺寸结构不变的情况下，计划将发电机的转子和发电机定全部更换为F级别的绝缘。发电机设备经过优化，发电机定和转子绕组以及绝缘，增大了导线截面的面积，提高了相应的槽满率，增加了发电机的额定容量。与此同时，对发电机的测温元件、信号元件等也进行了更新换代。
3.4 技术改造优化方案
发电机冷却设备的优化设计：
关于冷却方式的选择，该电站旧有的发电机是B级绝缘，自然风的冷却方式效果已经无法满足发电站正常的发电需要，因此，需要对旧有的发电机冷却方式进行优化。这无疑会加快线圈绝缘的老化，且在发电机组停机过程当中，其线圈很容易受潮，因此就会严重影响发电机组的安全性和可靠性，给发电机组的正常运行埋下隐患。针对上述存在的问题，本次优化设计，是将原来的敞开式的自然通风冷却方式优化成为封闭式的空气冷却器冷却方式，此外，还安装辅助的加热器设备。
关于空气冷却器的设计。原来的发电机组机坑通道的宽度仅仅有700mm，空间非常有限，因此不利于冷却系统的布置。为了有效保证发电机组通道有足够的布置空间，方便发电机及其设备的检查和维护，拟将定子外壁悬挂的空冷器出做成四方形。同时，将冷却器的无缝管与合金的金属叠片相结合，以此来增加散热的面积，有效提高冷却器制冷的效果。空冷器的厚度仅有170cm，而发电机组通道的最窄处有450cm，这就达到了最大程度上节省空间的目的。而发电机组实际运行的结果也表明，发电机组在3.4MW额定负荷运行的情况下，定子的实际最高温度只有84.4度，远低于F级绝缘所允许的最高的140度的设计温度。
4 结 语
在不改变水工建筑物的前提下，对原有的电站进行增效扩容的优化改造，根据电站的实际情况，选择最适合水轮机型号是增效扩容优化设计的关键所在。在本文中，笔者根据里畈水库一级电站的一基本情况，经过系统研究，确定了扩容的方案，对发电机及其设备进行了系统改造。经过本次改造，电站的稳定性和安全性增强。
参考文献
[1]吴庆波，高磊，孙晓平等.西沟水电站增效扩容改造技术的研究[J].黑龙江水利科技，2013（3）.
[2]刘承.龙头山水电站增效扩容改造探讨[J].中国水能及电气化，20013（12）.
[3]陈锡芳.水轮发电机改造增容与优化运行[M].中国水利水电出版社，2010.