（新能发展大山口水电厂 库尔勒市 841000）
摘要：本文简要交代了大山口水电厂水轮机增容改造背景、必要性和改造目的，论述了可行性研究、改造方案、内容和实施情况，讲述了改造后运行情况，介绍了增容改造后取得的效益。
关键词：大山口水电厂；水轮机；；增容改造
1.简况
大山口水电厂位于新疆巴州和静县境内，是开都河梯级开发第一期工程、第八级电站，1991年12月建成了装机4×20MW当时新疆最大的水电厂（图一），设计年发电量3.1亿kWh，主要供电巴州，为新疆电力公司在巴州最重要的国有骨干电厂。上世纪90年代担负了全州50%以上的供电量，对缓解巴州电力紧张，开发塔里木油田，振兴巴州经济意义重大，做出了巨大贡献。目前已正常发电运行27年。
图一 大山口水电厂
2.增容改造背景
2.1 大山口水电厂是巴州电网主力电厂。原水轮机为重庆水轮机厂生产，额定出力20.62MW。2004年为增加效益进行过发电机增容，即在原主机上增加2MW的同轴副发电机（图二），由于水轮机未增容造成的容量限制，在设计水头下，主、副发电机合计出力达不到20MW，主发电机出力低于20MW。另外主、副发电机在同一主轴上，副发电机暴露于主厂房发电机层，机组运行噪声、振动、厂房温升均较大。
图二 原发电机增容安装的同轴副发电机
2.2 经10余年运行，发现汛期电厂弃水较多，特别是2007年上游察汗乌苏水电厂建成发电后，大山口水电厂4台机满发流量186m3/s，远小于察汗乌苏电厂满发约260m3/s的流量，在其满发时，经常造成大山口水电厂大量弃水，水能利用和效益较差。
3.增容改造目的
为解决原发电机增容不成功及水能不能充分利用的突出问题，减少弃水，大力提高水能利用和机组效率，增强机组调节能力，加大事故备用容量，提高对巴州电网供电保证率、提升生产效益和劳动生产率，增加生产营业收入和职工收入，大山口水电厂在上级公司——新能发展公司批准和支持下，决定推进4台水轮机增容改造工作。
4.方案论证和工作启动
为此，大山口水电厂首先联系有关水轮机研究制造单位开展增容改造论证工作。经调研，该单位与大山口水电厂在认真研究、反复沟通后，认为水轮机增容改造应首先考虑经济性，大山口水电厂引水发电水工建筑物已定型，难以进行大的改造，且无备用引水道和备用基坑，故应立足于不对引水发电洞和承载发电机组运行的基坑进行大的改造的基础上进行，而当前水能不能充分利用、限制机组出力的关键因素是水轮机转轮额定出力不满足实际需求，因此在现有条件下更换大出力高效率转轮实现增容目的为本次改造的唯一方案。
根据这一论证，2008年6月，新能发展公司批准大山口水电厂水轮机增容改造项目，通过竞标，确立哈尔滨国家动力发电设备工程技术研究中心有限公司（以下简称哈动发电设备公司）为中标合作单位，正式启动水轮机增容改造工作。
5.增容改造可行性
哈动发电设备公司来厂现场调研，查阅水轮机原设计计算和原始安装资料，进一步详细研究增容改造方案，提出采用HLA551C-LJ-240型水轮机转轮替代原HLA112-LJ-230水轮机转轮为最优改造方案，其可行性及优点为：
5.1 该型水轮机已在口内多个大中型水电站应用，安全运行多年，其更高的效率、更大的流量和出力以及优良的稳定可靠性得到了充分的验证，获得了用户的一致好评。
5.2 该型水轮机转轮较大的过流能力、出力及较高的效率是由其叶片修型及几何尺寸决定的，承载容纳水轮机转轮的机墩内部和蜗壳空间能够满足新转轮的需要，而转轮直径及高度较原水轮机略大，通过对尾水管进口锥管稍作改动，蜗壳不动，即可满足转轮安装需要，同时采用该型水轮机可以保证吸出高度、安装高程不变，故选择该型转轮在空间安装尺寸、位置上是完全可行的。
5.3 所选水轮机运行水头范围涵盖了最佳运行区（效率较高），转轮相关部件机械强度、动态特性和所有工况下尾水管压力脉动符合技术要求，空化情况与改造前相同，调保计算速率上升和压力上升均不超标，其机械效能、结构强度、稳定性和水力性能满足要求，完全可行。
5.4 水轮机增容后其机械运转特性（如额定转速等）不变；经电磁参数对比研究分析，在发电机未改造，发电机重要的电磁元件及其参数（如磁极数、相数、定子绕组等）不变的情况下，由于水轮机出力的提高，可使发电机励磁电流、励磁电压、定子电流、电抗、额定功率因数等电气、电磁参数相应升高，从而提高发电机的出力（发电机出力有一定的富裕度），并可达到整容改造的目的。
图三 原旧水轮机转轮
6 改造内容、范围及参数对比
6.1 改造内容及范围：本次增容经详细的可行性研究，出台改造方案，决定拆除重庆厂旧转轮（图三），引进哈动发电设备公司新型高性能转轮（图四），即在原水轮机主轴、引水系统、蜗壳、坐环等不变的情况下，对转轮、导水机构等相关部件更换改造（图五），对机组附属部分电气设备如励磁系统、灭磁开关等老旧设备进行更换，对微机监控系统进行了升级。
图四 增容后新转轮
图五 增容后水轮机室
6.2 改造前后水轮机水力技术参数对比
7.工作实施
2009年6月大山口水电厂与哈动发电设备公司召开水轮机增容设计联络会，审查通过设计技术方案，签订改造合同和技术协议，开始水轮机改造工作。2009年12月1号新水轮机到货，大山口水电厂按A级检修计划安排，开始安装工作，至2012年2月4台水轮机增容改造全部完成。
改造中，除对4台水轮机转轮进行更换外，还对每台机相应的导水机构、有关部件进行了更换改造，包括导叶、水导油盒、控制环、拐臂、底环、支持环、顶盖、十字补气架、冷却器，对尾水管进口锥管进行了少量改动。
8.运行实验情况
8.1 运行对比分析：通过2010年1号机新旧机组在较高水头52米、全开度、满负荷运行比较可看出，改造后水轮机较原机出力增加21%。机组设计最大负荷27.58万kW，2010年4月2日并网带负荷实验，在52m高水头下，实验与设计基本相符。通过增容后2010年7月25日、2010年5月18日与前一年同期运行对比分析：（1）相同开度和水头下，增容后机组负荷明显增加。（2）增容后水轮发电机经春、夏、季、冬与前一年同期对比，各项运行技术指标在规定合格范围，与未增容前相比设备各处温度、摆度、震动满足技术要求范。（3）增容后机组合理震动区间为2MW—12MW。
8.2 稳定性与效率实验：2012年1月18日、3月11日，北京中国水利水电科学研究院水利研究所选择我厂2#和4#水轮机分别进行了稳定性与效率实验。实验表明：两台改造后的水轮机运行各部位压力脉动未见异常，主轴摆度在正常范围，机组运行平稳；两台机均达到设计增容容量，且水轮机高效率区较宽广，机组运行工况优于改造前。
9.增容后技术指标及分析
通过改造，4台水轮机额定容量由改造前的20.62MW增加到24.66MW，额定容量增加了19.6%，机组最高效率由原来的91%增加到94.86%。水轮机增容改造机械部分与部分电气控制设备同时进行，新装水轮机过流能力大，效率高，带负荷运行稳定；主变压器容量能满足增后需要，长时间满负荷运行未出现温度过高现象；发电机断路器满足现场安全需要；新更换励磁装置及灭磁装置解决了励磁原件老化、无备件可用的状况以及正常情况下自动切二通道不稳定缺陷，经实验各项数据合格。目前经6年的连续运行，水轮机安全、稳定，未发现异常情况。
10.增容改造效益
10.1 经济效益显著提升
2012年水轮机增容改造完成后，机组出力明显增大，在上游来水大于180m3/s时，4台发电机24小时满负荷运行日发电量增加较多（见下表），使大山口水电厂年新增利润和新增税收较增容前有较大增长，经济效益显著提升。
10.2 社会效益
增加了对外巴州电网供电量。增容后，大山口水电厂年发电量显著增加，年均对巴州电网供电量达4.0亿千瓦时，远大于增容改造前的3.6亿千瓦时左右，年对巴州电网多供电量4000万千瓦时左右，改善了巴州电网供需矛盾，提高了对巴州电网的供电保证率。
10.3 间接效益
增容后的水轮机运行平稳，能达到增容设计出力，至今正常运行已6-8年。振动、摆度、轴承温度无明显异常、升高迹象，各项技术指标在规范规定范围，达到了改造预期目的，且维护工作少，发生缺陷几率小，保证了长期安全稳定运行，因而提高了上网供电质量，增加了对巴州电网的供电可靠性、稳定性和连续性。
增容后的水轮机产品技术性能高，质量优异，油系统管路接头、轴承密封部位不易渗油，水系统不易渗漏，现场跑冒滴漏等易发缺陷大大降低，运行水平得到较大提高，作为提供公共服务产品的大山口水电厂发电现场安全文明生产工作有较大提升，环境污染进一步减低，环保工作得到加强。
作者简介：
郑功伟（1964—）男 高级工程师 新能发展大山口水电厂专工，主要从事水电厂运维及水工管理工作
论文作者:郑功伟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第36期
论文发表时间:2019/6/4
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