浅谈小型水电站的更新改造方案

电力18讯：    一、水轮发电机组的改造


水轮机


水轮机的转轮是水电站实现水能转变成机械能的关键部件，不同的水头，不同的流量就要用不同的转轮。而且同一只转轮在过流量发生变化时其效率也发生变化，如果转轮选择失当，即会导致效率下降，不但不能提高电站经济效益，反而会带来一些负面影响，如发生振动、气蚀等。上世纪七八十代，由于科技发展的限制，水轮机型谱的不全，需要的水轮机难以如意配套；也由于物资的缺乏，计划经济指标下达的有限，设计水电站时有时只能勉强凑合，如桐坑溪二级电站设计水头110米，选用的水轮机型号为XJ-W-55/1×12.5,较高效率的转速应该是750转,但由于当时物资缺乏,选用了1000转的发电机，造成效率低下，在更新改造时应重新配套。因此，在进行电站增容改造过程中，应根据电站水头、流量等条件进行详细分析，在保证各项参数相适应情况下更换效率高、过流量大的转轮，以满足增容要求，同时选择新型转轮的流道和转轮直径与原机组基本相同。对反击式水轮机中的轴流定浆式机组可通过调整叶片装置角、修整叶片流线，对混流式水轮机则采用更换水轮机转轮，来达到满足增大过流量加大机组出力之目的；对冲击式水轮机则采用改变喷嘴口径，改进叶轮，加大流量，达到增加出力之目的。为满足发电机改造的需要，增容后宜保持机组转速不变。根据水轮机制造厂改造水轮机转轮的经验，一般出力可增加20%以上。


发电机


发电机定子的改造


要使发电机达到增容目的，对原绕组必须进行改变，必须增大定子绕组线径，达到降低定子绕组电阻，使定子绕组电阻发热总量不高于原绕组，以此来达到电机增容。由于发电机定子线槽尺寸裕度限制，对增容所需增大线规存在一定局限性。对此，在改造过程中，可以采用以下技术措施：一是改变绝缘浸漆工艺，提高绝缘等级为F级，采用耐电压高介质损耗低的绝缘材料，减薄绝缘层厚度，腾出空间；二是采用特有烘漆工艺填充线圈间和线圈与铁芯的空隙，增加线圈的散热能力降低温升；对于小型机组还可通过改变励磁方式，去掉电机附加绕组线圈，改为静止可控硅励磁；加大通风量和提高功率因数，装设无功补偿装置，提高有功输出功率，保持定子绕组发热总量不变。通过上述技术措施，一般发电机均可增加一个容量等级。


发电机转子的改造


由于当发电机容量增加20%-25%时，其空载励磁功率并没有增加，一般只需增加10%左右的励磁功率即可。转子线圈常采用翻新改造的方案。将原旧线圈退火处理，一方面软化铜排，另一方面烧去旧绝缘。转子线圈重新热压，并将其绝缘等级提高为F级。由于老匝绝缘材料厚，一般线圈翻新时可增加10%-15%的匝数。通过增加匝数，提高绝缘等级措施后，转子绕阻一般可扩容20%～25%。


发电机改造后的技术参数和烘漆工艺


发电机增容后，必须通过电磁计算和试验来提供发电机的技术参数，如励磁电流、电压、发电机效率、定子电流、允许温升、短路比、定子漏抗等，供发电站进行短路计算、继电保护计算及调整各种保护整定值。发电机增容改造中浸漆烘焙工艺也是发电机增容的关键技术措施之一。发电机在运行过程中，定子线圈端部要承受很大的电磁力，如果浸漆不透，烘焙不干，定子线圈端部要受到很大的电磁力，会发生扭曲变形，造成匝间短路、甚至造成整台发电机报废的重大事故。采用强迫流动浸漆工艺，使浸漆透彻，在烘焙上采用循环热风打入电机进行循环加热，达到整个电机线圈受热均匀、固化程度高的工艺要求，保证烘漆质量。


发电机磁装置的改造


要使发电机安全和稳定地运行，发电机励磁系统的性能是关键，早些年使用的三次谐波式、相复励变压器式、双绕组电抗分流式、可控硅半波整流等几种励磁装置，由于调节性能差，易引起振荡，不适应机组并网运行，同时其故障较多影响机组安全运行，所以必须加以更新改造。


励磁装置的改造应根据原有励磁方式进行改造，如把双绕组电抗分流式励磁改造成可控硅分流的电抗分流，此装置在双绕组电抗分流式的基础上增加了可控硅分流的自动电压调节器，空载电压调节范围大，并网后运行稳定，无功功率调节方便。安装在发电机上结构简单紧凑，不需另占地方。在主断路器跳开后不失磁，发电机仍有端电压。在电网停电时仍有电源供给调速器，能迅速将机组关闭，省去了备用电源。如原先的励磁装置是半波整流的则可改造成可控硅全波静止励磁装置，其性能良好，但结构相对较复杂。由于主断路器跳开时联动跳开灭磁开关，使机组无电压，故这种励磁装置尚需备用交流电源或配置TC操作器。


三、水轮机调速装置的改造


并网小型水电站一般不参与调频，调速器仅作用于正常开、停机、调节正常有功负荷以及事故停机。所以普遍采用手、电两用操作器，其结构简单、投资省而又随机配套，操作与维护简单，但是如果与可控硅励磁装置配合，则因为事