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摘 要：株树桥水电站增效扩容改造结合电站实际情况，不因机组增效扩容改造而破坏水土建筑物及埋入部件，造成无法修复的缺陷，引起安全问题。采取合理确定增效扩容方案、机组选型，机电设备全面升级改造，从而达到提高水能利用效率，消除设备缺陷，降低运行管理费用，提高安全性的目的。
关键词：株树桥水电站；增效扩容；改造；改造方案；机组选型
中图分类号： TV738文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（c）-0000-00
1 株树桥水电站概况
株树桥水电站位于浏阳河源头小溪河上游，地处浏阳市高坪镇境内，下距市区33km，1986年破土兴建，由湖南省水利水电墈测设计院设计，由能源部长江葛州坝工程局施工，总投资为1.17亿元。1992年，三台机组全部投产发电。三台机组均系湖南省零陵水电设备总厂制造。电站为厂房坝后式，紧靠大坝下游布置，分主厂房、安装场、上游副厂房及端副厂房几个部分。电站设计水头58m，单机引水流量16.5m3/s，装机三台，单机8000kW，总装机容量2.4万kW，多年平均设计发电量7260kWh，水轮机型号为HL220-LJ-140，发电机型号为SF8000-16/3300。
株树桥水电站具有发电、灌溉、防洪、城市供水等多方面的综合效用，作为梯级开发的龙头水库，又对下游8级电站水能进行调节，提高出力，经济效益显著。水库调洪功能强，防洪效益巨大。
2 电站存在的问题
由于株树桥水电站是二十世纪九十年代修建的水利水电工程，受当时的技术水平和资金条件限制，机组设备本身存在缺陷。电站自投产以来，效率低下，发电量达不到设计要求。现电站设备已运行已达22年以上，整体严重老化，主要建筑物及机电设备超期服役，水资源浪费严重，存在较大安全隐患。
当时设备制造技术水平所限，导致机组跑、冒、渗、漏现象严重，机组整体故障率高，发电能力大大下降。水轮机组设计额定效率只有88.4%，在水头偏离设计水头58m时，其效率更低。水轮机转轮、导叶、轴承这些关键零部件变形加大，导叶漏水量大，漏油多，振动摆动大，机组性能下降严重。2#机组振动摆度超标，上导Y方向全幅摆度达30导，且只能在开度小于80%工况下运行，出力达不到设计要求。3#发电机定子因设计和制造质量等原因，温升过高，限负荷6000kw以下运行。机组主要性能参数与实际运行参数不匹配，水轮机处于非最优工况区运行，导致机组运行效率低、振动及噪音大，机组使用寿命大大缩短。
保护系统采用的是分立元件的传统式继电器保护，环节多，且无可追索性能。现继电器保护系统动作不可靠，设备严重老化，故障机率大，动作不可靠，维护工作量大，设备检修难度大，已属于淘汰产品，严重影响电站生产安全运行。
3 增效扩容改造内容
3.1 改造条件限制：
不改变厂房水工建筑物结构；不改变机组埋入部件；不改变水轮发电机组的类型及转轮中心线位置；不改变改造主机零部件与不改造零部件的连接方式与尺寸；不增加发电机推力负荷。
3.2 改造方案选择
相同设计水头下，机组容量越大，将提高水量利用率，有利于增加电站发电量；另一方面，容量越大，将增加引水系统水头损失，降低电站平均水头（净水头），不利于增加电站发电量。株树桥水电站装机3台立式混流水轮发电机组，改造装机数量不变，仍为3台。对现有电站增效扩容改造，必须综合比较装机容量，优选改造的扩容方案。
厂房下游水位～流量关系按修正曲线计算。经复核计算，运行最高水头63.5m，平均水头55.27m，最小水头38m。原设计水头58m，偏高，降低至平均水头的95%左右，取52.0m。
初选二个改造装机容量，其容量分别为3x8000kW、3x8800kW，即不扩容与增容10%。二个改造方案综合比较见表1
由于水库为多年调节水库，具有较好的调节能力。原装机组发电量采用2005-2009年共5年的平均发电量，机组综合平均效率用该五年的水文资料和发电量反推计算而得。
原装机组实际发电量偏低的原因，一是电站水轮发电机组能量转换效率下降了，低于了设计水能利用效率；二是机组停机后漏水严重，水资源浪费多；三是3#机组发电机温升高，只能带6000KW，出力受阻严重。
综上所述，方案一和扩容方案二，水轮机设计工况单位流量分别为1.25m3/s、1.375m3/s，小于我国现有同类型优良的水轮机模型转轮限制工况单位流量，相对来说是可实现的增效扩容改造方案。在水库日均城市供水52万m3（供水规模65万m3）的情况下，装机方案一与原装机相比，年均发电量增加1279.86万kWh，增加的电量较高。装机方案二和装机方案一相比，容量增加1.2MW，年均发电量均因机组过流量增加而加大了水头损失，其年均发电量反而因扩容而减少。推荐装机方案一，即不扩容，仍装机24MW，设计水头从58m降至52m。
3.3 机型的确定
水轮机增效扩容改造路线是通过选择模型流道与改造机组流道相似，性能优良可靠的转轮模型，更换转轮，尽可能保留机组其他可用部件，这样的改造路线。
发电机改造路线，保留发电机定子机架，改造铁芯、线圈附件；对发电机转子磁极、磁轭、转子支架、轴承及相关附件等改造，使之达到机组增效扩容规定的转速与容量，并符合机组增效扩容的其他要求。
通过生产厂家现场测量电站厂房和原有机组基础尺寸，进行严格的选型比较，结合电站设计参数，以及确定的装机规模和台数，最终确定水轮发电机组为HLJF2532A-LJ-140型水轮机配套SF8000-16/3300型发电机。选择微机可控硅励磁励磁方式和YWT-5000-16型调速器。
4 结论
通过株树桥水电站增效扩容改造实施，机组运行工况得到改善，水轮机、发电机效率大大提高，并恢复机组及其他机电设备性能，提高机电设备可靠性，从而延长电站使用寿命。自动化程度大大提升，基本实现了微机综合自动化，运行可靠性得到提高，降低了运行费用，实现了减员增效。在株树桥水库日均向长沙供水52万m3情况下，通过增效扩容改造，株树桥水电站年均发电量从2875.6万kWh增加至4155.46万kWh，年均电量增加1279.86万kWh，年均电量增幅25.3%，达到了增效扩容改造的目的。
参考文献：
[1] GB/T 50700-2011，小型水电站技术改造规范[S]
[2] 李秋生. 株树桥水电站增效扩容改造工程初步设计报告. 湖南中天水利水电勘测设计有限公司.
关键词：株树桥水电站；增效扩容；改造；改造方案；机组选型
中图分类号： TV738文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（c）-0000-00
1 株树桥水电站概况
株树桥水电站位于浏阳河源头小溪河上游，地处浏阳市高坪镇境内，下距市区33km，1986年破土兴建，由湖南省水利水电墈测设计院设计，由能源部长江葛州坝工程局施工，总投资为1.17亿元。1992年，三台机组全部投产发电。三台机组均系湖南省零陵水电设备总厂制造。电站为厂房坝后式，紧靠大坝下游布置，分主厂房、安装场、上游副厂房及端副厂房几个部分。电站设计水头58m，单机引水流量16.5m3/s，装机三台，单机8000kW，总装机容量2.4万kW，多年平均设计发电量7260kWh，水轮机型号为HL220-LJ-140，发电机型号为SF8000-16/3300。
株树桥水电站具有发电、灌溉、防洪、城市供水等多方面的综合效用，作为梯级开发的龙头水库，又对下游8级电站水能进行调节，提高出力，经济效益显著。水库调洪功能强，防洪效益巨大。
2 电站存在的问题
由于株树桥水电站是二十世纪九十年代修建的水利水电工程，受当时的技术水平和资金条件限制，机组设备本身存在缺陷。电站自投产以来，效率低下，发电量达不到设计要求。现电站设备已运行已达22年以上，整体严重老化，主要建筑物及机电设备超期服役，水资源浪费严重，存在较大安全隐患。
当时设备制造技术水平所限，导致机组跑、冒、渗、漏现象严重，机组整体故障率高，发电能力大大下降。水轮机组设计额定效率只有88.4%，在水头偏离设计水头58m时，其效率更低。水轮机转轮、导叶、轴承这些关键零部件变形加大，导叶漏水量大，漏油多，振动摆动大，机组性能下降严重。2#机组振动摆度超标，上导Y方向全幅摆度达30导，且只能在开度小于80%工况下运行，出力达不到设计要求。3#发电机定子因设计和制造质量等原因，温升过高，限负荷6000kw以下运行。机组主要性能参数与实际运行参数不匹配，水轮机处于非最优工况区运行，导致机组运行效率低、振动及噪音大，机组使用寿命大大缩短。
保护系统采用的是分立元件的传统式继电器保护，环节多，且无可追索性能。现继电器保护系统动作不可靠，设备严重老化，故障机率大，动作不可靠，维护工作量大，设备检修难度大，已属于淘汰产品，严重影响电站生产安全运行。
3 增效扩容改造内容
3.1 改造条件限制：
不改变厂房水工建筑物结构；不改变机组埋入部件；不改变水轮发电机组的类型及转轮中心线位置；不改变改造主机零部件与不改造零部件的连接方式与尺寸；不增加发电机推力负荷。
3.2 改造方案选择
相同设计水头下，机组容量越大，将提高水量利用率，有利于增加电站发电量；另一方面，容量越大，将增加引水系统水头损失，降低电站平均水头（净水头），不利于增加电站发电量。株树桥水电站装机3台立式混流水轮发电机组，改造装机数量不变，仍为3台。对现有电站增效扩容改造，必须综合比较装机容量，优选改造的扩容方案。
厂房下游水位～流量关系按修正曲线计算。经复核计算，运行最高水头63.5m，平均水头55.27m，最小水头38m。原设计水头58m，偏高，降低至平均水头的95%左右，取52.0m。
初选二个改造装机容量，其容量分别为3x8000kW、3x8800kW，即不扩容与增容10%。二个改造方案综合比较见表1
由于水库为多年调节水库，具有较好的调节能力。原装机组发电量采用2005-2009年共5年的平均发电量，机组综合平均效率用该五年的水文资料和发电量反推计算而得。
原装机组实际发电量偏低的原因，一是电站水轮发电机组能量转换效率下降了，低于了设计水能利用效率；二是机组停机后漏水严重，水资源浪费多；三是3#机组发电机温升高，只能带6000KW，出力受阻严重。
综上所述，方案一和扩容方案二，水轮机设计工况单位流量分别为1.25m3/s、1.375m3/s，小于我国现有同类型优良的水轮机模型转轮限制工况单位流量，相对来说是可实现的增效扩容改造方案。在水库日均城市供水52万m3（供水规模65万m3）的情况下，装机方案一与原装机相比，年均发电量增加1279.86万kWh，增加的电量较高。装机方案二和装机方案一相比，容量增加1.2MW，年均发电量均因机组过流量增加而加大了水头损失，其年均发电量反而因扩容而减少。推荐装机方案一，即不扩容，仍装机24MW，设计水头从58m降至52m。
3.3 机型的确定
水轮机增效扩容改造路线是通过选择模型流道与改造机组流道相似，性能优良可靠的转轮模型，更换转轮，尽可能保留机组其他可用部件，这样的改造路线。
发电机改造路线，保留发电机定子机架，改造铁芯、线圈附件；对发电机转子磁极、磁轭、转子支架、轴承及相关附件等改造，使之达到机组增效扩容规定的转速与容量，并符合机组增效扩容的其他要求。
通过生产厂家现场测量电站厂房和原有机组基础尺寸，进行严格的选型比较，结合电站设计参数，以及确定的装机规模和台数，最终确定水轮发电机组为HLJF2532A-LJ-140型水轮机配套SF8000-16/3300型发电机。选择微机可控硅励磁励磁方式和YWT-5000-16型调速器。
4 结论
通过株树桥水电站增效扩容改造实施，机组运行工况得到改善，水轮机、发电机效率大大提高，并恢复机组及其他机电设备性能，提高机电设备可靠性，从而延长电站使用寿命。自动化程度大大提升，基本实现了微机综合自动化，运行可靠性得到提高，降低了运行费用，实现了减员增效。在株树桥水库日均向长沙供水52万m3情况下，通过增效扩容改造，株树桥水电站年均发电量从2875.6万kWh增加至4155.46万kWh，年均电量增加1279.86万kWh，年均电量增幅25.3%，达到了增效扩容改造的目的。
参考文献：
[1] GB/T 50700-2011，小型水电站技术改造规范[S]
[2] 李秋生. 株树桥水电站增效扩容改造工程初步设计报告. 湖南中天水利水电勘测设计有限公司.