摘要：本文先在水资源浪费和提升转轮效率等相关方面，对水轮发电机组增容改造必要性进行简析，然后在改造推力承轴、改造发电机通风系统以及改造定子铁芯等相关基础上，详细分析和阐述水轮发电机组增容改造技术。
关键词：水轮发电机组；增容改造；技术优化
在最近几年中，经济建设逐渐发展，我国社会对电力资源的需求不断增多，当前水电站水轮发电机组容量已经无法满足我国目前电力需要，而且无法充分使用水电站水资源。并且在水电站机组长年累月运行之下有了严重磨损，发电机绝缘老化，设备配套也比较落后，这些都严重影响水轮机发电机组工作效率。在这种情况下，就需要进行水轮发电机组增容改造，以此提升水轮发电机运行效率。因此，本文对水轮发电机组增容改造技术进行分析有一定现实意义。
一、水轮发电机组增容改造意义
（一）减少水资源浪费
当前我国很多水力发电厂的水轮发电机组大都安装在上个世纪中期，发电厂建设的经费完全是国家承担。因为当时技术上限制的原因，没有对水流量做好详细的调查分析。而在当前的实际情况中，流量大小和水头高低都会对水资源形成一定的浪费，运行经济性也比较差。所以，经过对水轮发电机组进行增容改造，避免浪费水资源情况的出现，提升发电机组的运行效率，保障水力发电厂的生产更加稳定，为社会输送更多的电力资源。
（二）提升转轮效率
足够的水源和水头是水轮机组发电的关键基础，并且也无法离开转轮高速运行。在建国初期阶段中，我国水轮机转轮制作工艺相对较低，水轮机发电处于初级阶段中。因为受到科学技术的限制，生产出的水轮机转轮效率很低。对于综合曲线效率来说，其中大部分转轮机在目前看来完全可以提升。在经济发展和技术进步之下，水轮机研究也有相应的成就，用目前的先进技术极易对同个机型相同水头水轮机进行增容改造，从而提升工作效率。经过增容改造，有效提升转轮机工作效率，为水轮机发电机组增容改造提供技术上的支撑。
（三）时代发展的必然
社会的进步和科学技术的发展让水轮发电机组增容改造势在必行，科学技术进步之下，更多的新型材料都能够使用在水轮机组上。例如把新型材料环氧粉韵母使用在电机定子线圈之上，这样不但能够降低绝缘层厚度，还能够降低单位千伏安用量，有效提升发电机组用电负荷，以此为增容改造提供有力条件。从我国当前计算机技术发展水平上看，电磁计算、机械计算和通风计算等都十分精确。水轮发电机组增容改造，经过计算机技术的运用还可以精确模拟转轮设计，并且为计算提供数据分析，以此确保转轮设计操作性。
二、水轮发电机组增容改造技术
（一）改造推力承轴
传统水力发电站，水轮发电机组运用巴氏合金推力瓦当做推力轴承。当前弹性金属塑料瓦生产技术有了一定的发展，实际成本投入也相对减少，本身优势比较突出。在这种情况之下，水轮发电机组增容技术改造，可以合理有效地运用巴氏弹性金属塑料瓦，把原来的巴氏合金推力瓦更换。和巴氏合金相较，弹性金属塑料瓦优势十分明显，摩擦系数相对较小。因此，在对这种材料进行运用时，可以减少机械的耗损，从而提升水轮发电机组效率，逐渐提升水能利用率。但是使用弹性金属塑料瓦还是有一定问题，若是水轮发电机组停机时间比较长，并且还有导叶漏水等现象，这样就会导致水轮发电机组潜动现象出现。所以，在改造过程中，可以依据水轮发电机组实际情况，合理选用巴氏弹性金属塑料瓦替换范围，从而实现设计要求。
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（二）优化发电机组绕材料
以前的水轮发电机组定子线圈绝缘材料通常使用沥青片云母浸胶绝缘，这种定子绝缘技术早已经被淘汰，从而使用环氧粉云母绝缘材料，对早期水轮发电机组增容改造时，将沥青片云母浸胶绝缘改成环氧粉云母绝缘可以提升水轮机水力利用效率。环氧粉云母热传导系数和沥青云母热传导系数为2.2×10-3W/（m.C）和1.6×10-3W/（m.C）。所以，在一样的条件下使用环氧粉云母绝缘定子线圈往外热传导能力比沥青绝缘定子线圈要强。除此之外，环氧粉云母电气强度在沥青云母之上。使用环氧粉云母材料单做定子线圈绝缘层，在减薄位置依据实际情况合理增加定子线圈导线截面积，能够让水轮发电机容量有效提升，并且还可以便于定子线圈工作时散热。已经使用了环氧粉云母绝缘材料的机组，增容改造时要将水轮发电机绝缘等级提升，这也是一项比较有效的措施。
（三）改造定子铁芯，优化磁力系统
在一般情况下，铁芯损失在水轮发电机组整体损失比重很大，因此需要给予一定的重视。同时，针对水轮机发电机组长时间运行，且硅钢片磁滞损失严重情况，极易导致铁芯松动的现象，从而导致损失提升。而在进行水轮发电机组增容技术改善时，需要使用性能较好的硅钢片做好铁芯改造任务，以此保障水轮机的水资源利用率。此外还需要合理优化磁力系统，可以提升水力发电站点质量。其中发电机励磁控制质量会对水力发电站功率水平形成一定影响。因此，在优化和改造励磁系统时，可以全面优化励磁系统，合理增加励磁电流。因为水轮机发电机组经常以直流励磁机进行励磁，极易导致很多故障出现，并且维修费用较高，会增加机组附加耗损。对于这种问题，可以把励磁方式使用在其中，以此提升系统可靠性，节省维护工作资金，并且也优化水轮机提水能利用率。
（三）优化转子励磁绕组
在对于水轮发电机组增容改造之中，若是遇到转子温度过高的情况，需要对水轮发电机励磁绕组做合理的优化和改进，其中的实际工作如下：其一是对增容改造前水轮发电机转子自身温度过高的情况，要依据水轮发电机实际情况，比如有效调整磁极线圈匝数。经过这种方式能够降低转子励磁电流，从而让转子温度回归正常；其二是依据水轮发电机工作需求，比如转子极间有充足的位置，要在保障水轮机正常运行的情况下，合理扩宽励磁绕组宽度，可以有效降低水轮机转子温度；其三是使用增加件水轮机转子散热面积形式，比如使用七边形铜钱或是散热匝数结构，让转子温度能够回归正常。
（五）提升水轮机出力
加强水轮机出力也是实际改造的内容，在其中要做好水轮发电机组设计水头、设计流量和转轮效率，以此来提升水轮机出力，在实际改造中要做好以下工作：其一是提升水轮机设计水头，这种方式要依据水电站实际情况增加堤坝高度，提升上游水位。在具体工作中可以使用橡胶坝形式，用翻板闸或直接使用混凝土提升水电站水坝高度；其二是增加过流量，扩大进水管道，调整水轮机导叶开度能够让水轮机过流量增加，在改造中要在水轮机综合特性曲线出力限制线内调整导叶开度，不然会降低出力功率；其三是提升转轮效率，选用转轮时尽可能使用优良品质转轮，性能好的转轮可提升水轮机运转率。
结束语：
水轮发电机组增容改造，可以有效控制水资源浪费现象，同时也可以提升水轮发电机组运行效率，在此基础上促使水力发电厂的稳定生产。在实际改造过程中，需要改造推力承轴，优化发电机通风系统，做好定子铁芯改造，降低转轮漏水量，优化发电机组绕组等。通过这些改造工作，有效加强水轮发电机组性能，在此基础上保障水力发电厂的生产效率和质量。
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论文作者:万鑫
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
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