（哈尔滨哈电高科电站设备制造有限责任公司 黑龙江省哈尔滨市 150046）
摘要：水轮发电机改造需要在长期设备运维管理、综合分析评价以及水轮机转轮关键部件改造验证基础上，以资产全寿命周期成本理念，清晰改造主线与关键，统筹规划，分步实施，有序推进，实现延长资产寿命，控制改造成本，有效降低后期运维成本，形成科学改造决策。
关键词：水电站；水轮发电机改造；资产全寿命周期
已建水电站水轮发电机组技术改造的制约条件较为复杂，除了对设备运行状况及改造技术条件进行评估外，还应评估设备存续寿命与改造周期的协调、改造实施时段与发电调度的协调等。
一、概述
水电站技术更新改造阶段中最为重要的环节在于水轮发电机组技术改造。水轮发电机组的改造原因主要有三个方面:（1）设备老化，运行安全性降低；（2）机组运行稳定性差，从而降低了机组的发电效益。不稳定的运行导致水轮机转轮叶片产生贯穿性裂纹，在投运很久的大中型电站水轮机都有出现，从而导致停机的现象有时候也会发生；（3）增容改造，提高水电站水能利用率。水轮发电机组设计寿命一般为30～40a，依据是电气绝缘老化和金属结构部件劣化规律的一般经验。某水电站设计有6台单机50MW的混流式机组，总装机300MW，年设计发电量4.9亿kW•h，于1988年全部投产发电。某某水电站水轮发电机组改造也是基于在长期运维管理中对这两个关键影响因素认识的积累和深化。①机组转轮存在两个明显振动区，受当时设计、材料水平，制造、安装工艺等所限，难以长期适应频繁启停、AGC运行要求，普遍发生过转轮引水板开裂、转轮及导叶汽蚀明显、局部转轮叶片裂纹等问题且无法通过修复实现设备性能提高，经过近30年的运行，设备逐步老化。②从2005年开始，6号、2号机组还相继发生发电机定子下端部矽钢片单片滑出割伤定子线棒绝缘事件，其它4台机组也不同程度存在类似问题，属于长期运行老化累积产生的不可逆普遍缺陷，无法通过维修进行根治，隐患存续对机组安全稳定运行构成了极大威胁。为了充分发挥水电机组技术改造的潜能，制定科学有效的更新改造策略尤为重要。
二、改造的决策原则
改造决策的基本原则以设备状态评价为依据，改造项目管理周期与电站正常运行制约条件为边界，按照总体规划，分步依序实施。围绕关键问题的解决，科学合理确定改造范围和分步实施内容，在不制约分步改造实施或不导致重复改造前提下最大限度地延长在运仍有效设备运行年限，既保证改造周期内接续改造设备的运行安全，又延长有效资产寿命。水轮机转轮作为关键核心部件是改造成功的关键，也是水轮发电机组改造资产全寿命周期成本控制的关键。在不改变机组工作水头及原有流道、蜗壳基坑尺寸的情况下，对水轮机进行重新设计，确立了首台机组单一水轮机转轮试验性改造，通过模型选型、真机运行验证、成功后分步推进的改造原则，以保障机组整体改造资产安全，实现改造阶段成本有效控制。
三、改造的目标规划
水轮机转轮改造，采用新技术、新材料来提高水轮机效率和抗空蚀性能，防止转轮裂纹，提高水轮机运行稳定性，并可获得增容10%。同步改造导水机构，使其满足新转轮对流道的要求，并消除气蚀等问题。解决控制环跳动缺陷，消除接力器活塞存在转动和漏油的隐患。水轮机改造内容包括转轮、顶盖、底环、活动导叶及导水机构等部件。发电机改造，在设备状态评价及金属、绝缘监督评价基础上，通过结构和电气复核，确立了保留定子机座、结构不变，延迟实施转子改造的目标，实施定子铁芯、定子线棒更换改造，关键解决定子端部铁芯滑出问题，提高定子线棒绝缘等级，并水轮机匹配增容10%。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆改造进水口事故快降门启闭机油缸，满足机组增容过流能力增大后对启闭容量增加的要求，同时提高启闭机密封可靠性；通过进水口事故快降门工作门实施大修、安全鉴定与整体更换方案进行技术经济比较，确定采用更换方案解决快降门因设施结构布置限制、检修困难腐蚀严重问题。
四、电站水轮发电机组改造实践
1.改造项目的系统规划设计。某水电站机组改造思路是整体规划，依据设备状态分步依序实施。改造规划以五年为周期编制，年度滚动调整，同时充分考虑各相关专业改造需求，统筹相关专业三年设备整治计划等进行优化。由于紧水滩水库为不完全年调节水库，综合考虑防洪与发电调度需要，机组改造实施只能安排在非汛期进行，且因检修场地布置所限，不具备多台、连续改造的条件。考虑机组改造设计、制造采购、施工全部实行招标，且机组制造周期、施工工期长，一台机组的改造直线时间跨度长达三年，若五台机组逐步改造，要完成全部机组改造，需要十五年时间，难以保证未改造机组仍能安全持续可靠运行。因此，自2011年开始，通过调整规划，实施了每年三台机组改造先后分步、并列开展措施，采用一台改造施工，一台采购制造，同时启动另一台改造可研初设，逐年推进，确保在“十三五”期间全面完成水轮发电机组改造。
2.改造设备的状态检修管理策略决策。坚持在日常运维管理实践中做好设备运行监测和不断积累设备状态评价成果与经验，从而全面掌握设备运行性态是准确定位机组改造目标与主线实现超前谋划的基础。某水电站在设备初期运行过程中，通过加强运维检修管理，并不断实施设备升级改造，设备可靠性与自动化水平得到了质的提高。2001年通过无人值班(少人值守)运行模式验收，2002年建立并推行设备管理点检定修体系，极大地提升了电站现代化运维管理水平。设备管理中坚持开展定期评价与动态评价相结合的设备状态分析评价，通过应用计算机监控、机组状态监测、发电机局放监测、油色谱在线监测等系统，借助PI实时数据库平台，对设备状态参量进行收集，结合预防性试验、缺陷统计分析、检修验证补充，综合分析和专题分析相结合，定期开展设备运行性态评价，积累了丰富的设备运维管理成果，有效地支撑了设备运维检修、备品管理策略的制定，实现了从原来单一的计划检修向点检定修模式的转变，同时还为主设备改造规划、设计、实施等阶段的科学决策发挥了关键支撑作用。
3.改造设备的资产全寿命周期。坚持以提高设备本质安全为核心，树立资产全寿命周期成本意识，在新技术、新材料、新工艺的选择上审慎而为，充分酝酿。在运行稳定性能与运行效率这对矛盾上科学取舍，涉及关键部件改造必要时可先行试验性改造，通过运行验证改造，先局部后整体是机组改造全面管控、精细推进、取得成功的关键。三是坚持以保障设备改造质量为重点，有效辨识设计、制造、安装调试等环节质量控制的重点、难点，强化全过程技术监督，超前预防，是实现资产全寿命周期运维成本最小的基础。为保证改造分步实施期间未改造机组的安全运行，制定了《防止发电机定子矽钢片滑出反事故措施》等应对措施:申请调整AGC调节范围，由30～50MW调整为35～50MW；定期对发电机定子端部铁芯进行内窥镜检查；发电机安装下挡风板，加强定子端部冷却；发电机定子铁芯滑出部位加焊不锈钢拉勾，以防止或减缓矽钢片滑出速度。这些措施虽然无法从根本上解决设备缺陷和隐患，但为实施机组组态逐台接续改造争取了时间。
水轮发电机组改造是水电厂专业管理的一项重大课题，在改造项目的决策管理、业务执行、评价改进、管理支撑等方面开展资产全寿命周期成本管理理念的尝试是有益的，从紧水滩电站改造机组目前的运行分析和状态评价情况来看，机组改造决策是科学合理的，实现了资产管理水平和项目执行能力的有效提高。
参考文献
[1]王星明.水轮机增容改造与新技术的应用.2017.
[2]张军庆.全寿命周期成本管理是公司可持续发展的重要举措.2017.
论文作者:黄海
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/13
标签：机组论文; 设备论文; 水轮机论文; 定子论文; 转轮论文; 水轮论文; 周期论文; 《电力设备》2018年第17期论文;