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[摘 要]介绍南丰电站3号机组运行16年后质量下降，各项主要指标不符合设计和运行要求，针对机组存在缺陷和安全隐患进行了设备和另部件更換改造，改造后运行效果良好，效益显著，为中、小水电企业减亏创效提供切实可行的技术依据和改选方法。南丰水电站位于海南省西部儋州市南丰镇，是松涛电力生产的主力电站，是松涛地网和省电网的连接枢纽。电站3号机组是南宁发电总厂1993年生产的SF4900-20/3250电机，额定容量6125KVA、额定电压：10.5KV、额定电流：336.8A、水轮机型号：HL260A-LJ-165、额定容量：5000千瓦、额定转速：300转/分。1994年安装投产一直取得较好效益。由于机组运行多年，设备老化，机组效率下降。本着节能创效的原则，必需改造3号机组，才能提高机组效益。
[关键词]发电机组改造 定子线圈 塑料瓦 通风系统 转轮 改造
中图分类号：F426.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）04-0195-01
一、更换新转轮，提高水力利用效率
1、提高转轮效率，增加转轮单位流量。
转轮的改造是我站增容改造的重点。我站3 号机组HL260A转轮机型是我国早期开发的机型，其水利性能目前已明显落后，到2010年，3号机自1994年投产已运行16年，设备陈旧，水轮机效率很低、出力不足，应予以更新改造。另一方面，运行16年多的转轮经过多次检修补焊打磨发生变形加上过流部面磨损，密封间隙增加，效率明显下降。提高新转轮的最优单位转速和单位流量，以提高水轮机额定工况点及低水头运行时水利性能。也就是说，只更换转轮，基本上不改变机组其它通流部件的形状和尺寸，即蜗壳、座环、尾水管留道尺寸不变，以经济的手段最大限度地提高水轮机效率、较大幅度增加机组出力。更换由中国水科院机电所生产的新转轮型号：JF3159B-165，转轮材料：叶片：OCR13Ni5M，不锈钢；上冠与下环为20siMn低合金碳钢。见新旧转轮设计参数、水力性能指标比较见表一：
2、减小转轮迷宫环漏水量，提高转轮的工作效益
由于泥沙磨损，转轮迷宫环间隙增大也是机组效率下降的原因之一。转轮迷宫环间隙变大，检修时难以修复，因此在更换转轮，可以弥补这个缺陷，从而减小漏水量，提高效率。
3、降低尾水水位到设计水位
由于渠道边坡塌方，站尾水渠道存在不同程度的拥塞，导致运行尾水水位上升，机组利用水头下降，出力降低。清理尾水渠道，使尾水水位控制在设计水位的范围，可以使机组出力增加。我站拓宽1米和清理尾水渠道0.6米深后，在下游南茶电站不堵水发电情况下，同水位、同开度比尾水水位降低19厘米，负荷增加150KW。因此清理尾水渠道可获得良好的经济效益。
二、减小机械配件磨损，提高机组运行率
弹性金属塑料瓦是氟塑料经弹性金属丝复合镶嵌，钎焊在钢的瓦基上的新型复合轴承。弹性金属塑料瓦是七十年代发明的高分子复合材料在机械工程中的成功应用，是传统使用的巴氏合金轴瓦和铜瓦的更新换代产品，它解决了旋转设备向大型化发展的难题，提高了设备运行的安全可靠性，降低了事故率，同时也给企业带来了极大的经济效益。氟塑料摩擦系数小，这是现有材料中摩擦系数最小的。他对钢的静干摩擦系数仅为0.04，干动摩擦系数为0.12-0.20。因而也减少了传动机械的冲击和磨损，尤其在大型设备更为突出。氟塑料的耐磨性好，负荷能力大。在相同油润滑状态下，弹塑瓦的负荷能力比巴氏瓦和铜瓦大很多。一般情况下巴氏瓦的负荷不允许超过6MPa，而弹塑瓦在8.0MPa时仍能正常运行，所以使设备运行更安全、更可靠、事故率大大降低。氟塑料摩擦功耗低。氟塑料不仅干摩系数小，而且相同状态下油摩系数也小。这不仅起动功率降低，而且正常运行时的拖动功率也减少10-15%。氟塑料具不粘性。无论是常温还是熔点以上，氟塑料不和任何物质发生粘接，不会危及轴及推力板。同时还具有隔热、绝缘、径向平坦等优点。这对于减小刹车块的磨损和线圈端部的污染是很有好处的，它极大地提高了发电机推力轴承的安全可靠性、灵活性和适应性。与巴氏合金相比，弹性金属塑料瓦突出的优点是磨擦系数小，因此用弹性金属塑料瓦替代巴氏合金瓦可以减小机械损失，提高机组效率。
3号机自1994年7月13日投产发电以来至2005年11月15日，原装钨金瓦的推力瓦温度600C左右、下导瓦温度一直保持在信号温度。虽然厂家技术员和本站职工采取多方面措施，但仍然解决不了问题。如1998年5月下导轴承运行瓦温高达660C、2001年4月，下导轴承运行瓦温高达620C。为维持运行，下导也改进了冷却供水管，但效果仍不理想，2004年下导轴承运行瓦温也高达640C。该隐患严重威胁着3号机安全发电。更换弹性塑料瓦一套，于11月15日安装，11月28日结束。有关参数比较如下：
（2）、3GS机组轴瓦温度比较表（0C）（如表2）
（3）、机组在相近或相同水头下负荷比较（如表3）。
3号机自更换塑料瓦后，由于磨擦阻力的减少，从而减少了发电机本身的损耗。机组在轴线处理中已到弹性塑料瓦的优越性：盘车省力，使原来的人数由12—16人减少到4—6人，节省了大量的人力、财力与时间；其起动开度由原来18%降到8%，机组试验运行记录证明，改造后机械下导温度降低200C；上导温度降低150C；推力温度降低220C。在相同的水头、开度等条件下，机组更换塑料瓦后可多带100KW负荷，一年按运行300天计，可增加发电量72万度。
三、发电机改造，提高运行可靠性
1、定子线圈更换，提高运行可靠性
SF4900-20/3250定子线圈存在以下隐患：焊接头为锡焊连接，按要求应为银焊连接，最差也必须为铜焊连接，定子线圈部分连接头没有安装并铜套，部分定子线圈端部R段导线排列出现交叉现象，造成匝间电压成倍升高，容易造成绝缘击穿。鉴于3号机组定子线圈存在制造和安装工艺隐患。加上机组16年多的运行，定子线圈已经趋向老化，部分机械配件损耗和设备运行效率越来越大，极大的影响机组的安全运行。2010年5月份决定进行3号机定子线圈更换。原定子线圈是沥青绝缘，该绝缘缺点易游离，过热老化流酸，使用寿命短。改造后线圈绝缘采用F级环氧粉云母绝缘材料，耐热温度可达1400C，绝缘厚度也减薄了。线棒直线部分利用360度角换位可以有效地克服股线所处磁场位置不同而引起的股线环流，直线部分和端部还分别包以半导体带、高电阻带并经热压模压制成形，使线棒和绝缘成为无间隙的严密均匀的整体，下线时定子铁芯喷以半导体防晕漆，线棒与铁芯间以半导体玻璃布板配紧，槽内各垫条均采用半导体玻璃布板。这些都有效地抑制了电晕的产生，并具有绝缘性能稳定、导热性能好、介质损耗低、耐潮湿、耐臭氧、刚度好、强度高及优良的蠕变性能。
2、更换空气冷却器、提高机组冷却效果
原3号机原通风系统冷却器风量分配不合理，漩涡大，风损大，冷却效果差。改造后，新式冷却器传热管采用外表面轧制翅片的紫铜管，导热系数高，换热面积大，因此冷却效果提高20%～30%，更换后可使电机定子最高点温度降低6～8℃；下导瓦温同时也降6—7℃。从而提高机组长期运行受高温威胁的安全可靠性。开机带5000KW运行，定子线圏温度由原来最高900C降到840C，从而大大提高机组运行的可靠性。
四、结束语
南丰电站通过改造电机、配件改造与替换、更改水轮机转轮等而获得更高经济效益的做法在2010年3号机更水轮机转轮技改中已取得成功。老电站挖潜改造是当今中小水电站治理的一个重要方向，新型高效水轮机转轮的发展，为机组改造提供了更多选择，提高额定率和水轮机运行效率，大大增加电站经济效益，擴大服务幅度。
参考文献
[1] 《南丰电站3号水轮机技改增容可行性分析报告》
作者简介
（王敬，男，海南省儋州市人，1965年3月30日出生，海南松涛南丰电站，水电工程师，从事机械运行及检修）
[关键词]发电机组改造 定子线圈 塑料瓦 通风系统 转轮 改造
中图分类号：F426.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）04-0195-01
一、更换新转轮，提高水力利用效率
1、提高转轮效率，增加转轮单位流量。
转轮的改造是我站增容改造的重点。我站3 号机组HL260A转轮机型是我国早期开发的机型，其水利性能目前已明显落后，到2010年，3号机自1994年投产已运行16年，设备陈旧，水轮机效率很低、出力不足，应予以更新改造。另一方面，运行16年多的转轮经过多次检修补焊打磨发生变形加上过流部面磨损，密封间隙增加，效率明显下降。提高新转轮的最优单位转速和单位流量，以提高水轮机额定工况点及低水头运行时水利性能。也就是说，只更换转轮，基本上不改变机组其它通流部件的形状和尺寸，即蜗壳、座环、尾水管留道尺寸不变，以经济的手段最大限度地提高水轮机效率、较大幅度增加机组出力。更换由中国水科院机电所生产的新转轮型号：JF3159B-165，转轮材料：叶片：OCR13Ni5M，不锈钢；上冠与下环为20siMn低合金碳钢。见新旧转轮设计参数、水力性能指标比较见表一：
2、减小转轮迷宫环漏水量，提高转轮的工作效益
由于泥沙磨损，转轮迷宫环间隙增大也是机组效率下降的原因之一。转轮迷宫环间隙变大，检修时难以修复，因此在更换转轮，可以弥补这个缺陷，从而减小漏水量，提高效率。
3、降低尾水水位到设计水位
由于渠道边坡塌方，站尾水渠道存在不同程度的拥塞，导致运行尾水水位上升，机组利用水头下降，出力降低。清理尾水渠道，使尾水水位控制在设计水位的范围，可以使机组出力增加。我站拓宽1米和清理尾水渠道0.6米深后，在下游南茶电站不堵水发电情况下，同水位、同开度比尾水水位降低19厘米，负荷增加150KW。因此清理尾水渠道可获得良好的经济效益。
二、减小机械配件磨损，提高机组运行率
弹性金属塑料瓦是氟塑料经弹性金属丝复合镶嵌，钎焊在钢的瓦基上的新型复合轴承。弹性金属塑料瓦是七十年代发明的高分子复合材料在机械工程中的成功应用，是传统使用的巴氏合金轴瓦和铜瓦的更新换代产品，它解决了旋转设备向大型化发展的难题，提高了设备运行的安全可靠性，降低了事故率，同时也给企业带来了极大的经济效益。氟塑料摩擦系数小，这是现有材料中摩擦系数最小的。他对钢的静干摩擦系数仅为0.04，干动摩擦系数为0.12-0.20。因而也减少了传动机械的冲击和磨损，尤其在大型设备更为突出。氟塑料的耐磨性好，负荷能力大。在相同油润滑状态下，弹塑瓦的负荷能力比巴氏瓦和铜瓦大很多。一般情况下巴氏瓦的负荷不允许超过6MPa，而弹塑瓦在8.0MPa时仍能正常运行，所以使设备运行更安全、更可靠、事故率大大降低。氟塑料摩擦功耗低。氟塑料不仅干摩系数小，而且相同状态下油摩系数也小。这不仅起动功率降低，而且正常运行时的拖动功率也减少10-15%。氟塑料具不粘性。无论是常温还是熔点以上，氟塑料不和任何物质发生粘接，不会危及轴及推力板。同时还具有隔热、绝缘、径向平坦等优点。这对于减小刹车块的磨损和线圈端部的污染是很有好处的，它极大地提高了发电机推力轴承的安全可靠性、灵活性和适应性。与巴氏合金相比，弹性金属塑料瓦突出的优点是磨擦系数小，因此用弹性金属塑料瓦替代巴氏合金瓦可以减小机械损失，提高机组效率。
3号机自1994年7月13日投产发电以来至2005年11月15日，原装钨金瓦的推力瓦温度600C左右、下导瓦温度一直保持在信号温度。虽然厂家技术员和本站职工采取多方面措施，但仍然解决不了问题。如1998年5月下导轴承运行瓦温高达660C、2001年4月，下导轴承运行瓦温高达620C。为维持运行，下导也改进了冷却供水管，但效果仍不理想，2004年下导轴承运行瓦温也高达640C。该隐患严重威胁着3号机安全发电。更换弹性塑料瓦一套，于11月15日安装，11月28日结束。有关参数比较如下：
（2）、3GS机组轴瓦温度比较表（0C）（如表2）
（3）、机组在相近或相同水头下负荷比较（如表3）。
3号机自更换塑料瓦后，由于磨擦阻力的减少，从而减少了发电机本身的损耗。机组在轴线处理中已到弹性塑料瓦的优越性：盘车省力，使原来的人数由12—16人减少到4—6人，节省了大量的人力、财力与时间；其起动开度由原来18%降到8%，机组试验运行记录证明，改造后机械下导温度降低200C；上导温度降低150C；推力温度降低220C。在相同的水头、开度等条件下，机组更换塑料瓦后可多带100KW负荷，一年按运行300天计，可增加发电量72万度。
三、发电机改造，提高运行可靠性
1、定子线圈更换，提高运行可靠性
SF4900-20/3250定子线圈存在以下隐患：焊接头为锡焊连接，按要求应为银焊连接，最差也必须为铜焊连接，定子线圈部分连接头没有安装并铜套，部分定子线圈端部R段导线排列出现交叉现象，造成匝间电压成倍升高，容易造成绝缘击穿。鉴于3号机组定子线圈存在制造和安装工艺隐患。加上机组16年多的运行，定子线圈已经趋向老化，部分机械配件损耗和设备运行效率越来越大，极大的影响机组的安全运行。2010年5月份决定进行3号机定子线圈更换。原定子线圈是沥青绝缘，该绝缘缺点易游离，过热老化流酸，使用寿命短。改造后线圈绝缘采用F级环氧粉云母绝缘材料，耐热温度可达1400C，绝缘厚度也减薄了。线棒直线部分利用360度角换位可以有效地克服股线所处磁场位置不同而引起的股线环流，直线部分和端部还分别包以半导体带、高电阻带并经热压模压制成形，使线棒和绝缘成为无间隙的严密均匀的整体，下线时定子铁芯喷以半导体防晕漆，线棒与铁芯间以半导体玻璃布板配紧，槽内各垫条均采用半导体玻璃布板。这些都有效地抑制了电晕的产生，并具有绝缘性能稳定、导热性能好、介质损耗低、耐潮湿、耐臭氧、刚度好、强度高及优良的蠕变性能。
2、更换空气冷却器、提高机组冷却效果
原3号机原通风系统冷却器风量分配不合理，漩涡大，风损大，冷却效果差。改造后，新式冷却器传热管采用外表面轧制翅片的紫铜管，导热系数高，换热面积大，因此冷却效果提高20%～30%，更换后可使电机定子最高点温度降低6～8℃；下导瓦温同时也降6—7℃。从而提高机组长期运行受高温威胁的安全可靠性。开机带5000KW运行，定子线圏温度由原来最高900C降到840C，从而大大提高机组运行的可靠性。
四、结束语
南丰电站通过改造电机、配件改造与替换、更改水轮机转轮等而获得更高经济效益的做法在2010年3号机更水轮机转轮技改中已取得成功。老电站挖潜改造是当今中小水电站治理的一个重要方向，新型高效水轮机转轮的发展，为机组改造提供了更多选择，提高额定率和水轮机运行效率，大大增加电站经济效益，擴大服务幅度。
参考文献
[1] 《南丰电站3号水轮机技改增容可行性分析报告》
作者简介
（王敬，男，海南省儋州市人，1965年3月30日出生，海南松涛南丰电站，水电工程师，从事机械运行及检修）