罗田水电站水轮发电机组增效扩容技术改造

罗田水电站水轮发电机组增效扩容技术改造
陈建平
【摘要】罗田水电站水轮发电机组的性能参数与电站的水力参数不相符合,存在水轮机效率与出力低,运行安全性能差等问题.为此,针对罗田水电站实际情况,重新设计、更换了新的水轮发电机组,实现了增效扩容的目的.
【期刊名称】《广西水利水电》
【年(卷),期】2012(000)001
【总页数】3页(P50-51,67)
【关键词】水轮机;更新改造;增效扩容;罗田水电站
【作者】陈建平
【作者单位】广西玉林市玉州区水利局,广西玉林 537000
【正文语种】中文
【中图分类】TK73
1 水电站概况
罗田水电站位于距玉林城区32 km处的六万山麓，樟木乡境内，是玉林市玉州区
最大的水电站。

电站的径流调节水库为罗田水库，是一座灌溉与发电综合利用的电站，水库集雨面积64 km2，总库容3 976万m3，有效库容2 677万m3，年平均来水量6 600万m3，共装有两台PO82-WJ-59、TSW116/69-6水轮发电机组，总装机容量2×1 500 kW，水头范围60～80 m，平均水头72.2 m,设计水头
76.6 m，保证出力1 215 kW,设计多年平均发电量1153万kW·h，于1969年建成投产，水轮发电机组的主要设计和运行技术参数见表1。

表1 水轮发电机主要技术参数PO82-WJ-59型水轮机额定出力/hp设计水头/m 设计流量/（m3/s）额定转速/(r/min)1 750 90 2.4 1 000 TSW116/69-6型发电机额定功率/kW额定电压/kV额定转速/(r/min)1 500 3.15 1 000
2 水电站存在的主要问题
2.1 机组选型不当，效率低，机组出力不足
罗田水电站建于上世纪60年代，限于当时的具体条件，两台机组是广西水电厅从桂林地区势江电站（下马工程）无偿调拨的，因而，电站的水力参数与机组的性能参数相差甚远。

水轮机的设计水头为90 m，流量2.4 m3/s,而电站运行的加权平均发电水头只是72.2 m，最高水头79.2 m。

因此机组安装在罗田水电站长期运行在非最优工况区，造成了运行效率低、出力不足，多年平均年发电量只有792万kW·h，远未达到设计指标。

1990年7月，由玉林地区水电科学研究所用测流检修法测试机组效率，测试结果如表2。

从成果表中可以看出，1号机最大出力1 000 kW，综合效率66.9%，2号机最大出力1 400 kW,综合效率68.1%。

出力未达到设计要求，其效率低于最低要求（75%以上），与当今技术先进的产品效率90%相比，相差甚远。

表2 水轮发电机组测试成果表机组号发电机出力/kW库水位/m尾水渠水位/m计算输水损失/m净水头/m流量/（m3/s）综合效率/%1#机2#机400 600 1 000 178.57 178.57 178.57 102.73 102.88 103.14 0.55 0.92 1.85 75.29 74.77 73.58 1.13 1.46 2.07 47.9 56.0 66.9 400 600 1 000 1 400 178.65 178.65 178.65 178.65 102.73 102.88 103.13 103.42 0.52 0.85 1.76 3.70 75.40 74.92 73.76 71.53 1.10 1.40 2.02 2.93 49.2 58.3 68.4 68.1双机空转0 178.65 102.59 0.35 75.71 0.90
2.2 水轮机技术经济指标较低
罗田水电站安装的水轮机为1959年大跃进时期重庆水轮机厂的仿制苏联的产品，性能参数及工艺水平较低，结构不尽合理，在我国历次修订的水轮机系列型谱中及小型水轮机全国统一设计中均已无该种转轮型号，属淘汰机型，与我国现有高水平的机型相比，其效率偏低。

且水轮机和发电机不配套，水轮机运行时振动严重，噪音大，1979年曾发生过2号机金属蜗壳爆裂事件。

投产21年来，其机组出力和年均发电量均未达到设计指标。

机组在上述恶劣条件下运行了20多年，主要零部件也已经严重老化，运行不安全。

2.3 水轮机负吸程安装存在的问题
原装水轮机PO82-WJ-59，按要求需作负吸程安装。

因而机房地面比室外地面低4.1 m,比最高尾水位低2.5 m,机房低洼,防洪排涝、防潮能力差，已经遇过多次水淹机房的事故，每次事故都造成很大的经济损失。

且厂房通风散热困难，发电机常受潮，需经常用电热烘烤等毛病。

发电机底坑甚至还有渗水积水现象，厂房背面与山坡之间有集雨面积6万m2，机坑渗漏及降雨集水需经常抽提排水，每年需耗电约10万kW·h。

2.4 发电机绝缘老化快，运行生产安全性能差
罗田水电站原发电机是水电厅从外地无偿调拨给的旧设备，机组投产后，逐步显露出质量欠佳的运行状态，绝缘老化快，经过20多年的运行，发电机的绝缘老化已经较为严重，绝缘水平明显降低，介质损耗大，定子及转子绝缘极易受潮，稍停机几天，绝缘电阻就明显降低，需烘烤干燥后才能再次起动运行，对安全运行危害很大。

3 水轮发电机组技术改造方案
3.1 基本原则
根据罗田水电站的存在问题并结合该电厂的实际运行情况，改造应以提高发电效益
为目标，并从技术经济及电站安全运行各方面综合考虑，宜更换新的高效率的水轮发电机组。

3.2 水轮发电机组设计参数选择
（1）额定水头。

根据水电站19年的运行发电净水头统计，罗田水电站多年运行最大水头79.2 m,最低水头60 m,加权平均水头是72.2 m,参考原设计平水年加权平均水头76.6 m数据,考虑运行时尽量蓄高水位,充分利用水能,并保证水轮机转轮较长时间在高效率区运行，选定新水轮机的额定水头为75m。

（2）额定流量。

罗田水电站是一个以灌溉为主的电站,其发电用水全部用于灌溉,而电站尾水池出口附近有一段超过100 m长的暗涵,暗涵的最大过流能力是5.2 m3/s左右,且不考虑再扩建。

故更换的水轮机组限制总流量以5.2 m3/s为限。

参考水轮发电机产品系列型谱表选择机组，在设计水头75 m时，机组额定流量选择为2.7 m3/s。

（3）额定出力。

由于本次改建主要原因是水轮机性能不合及机组老化，因此，水电站的装机容量及台数原则上不变。

但由于原来的1 500 kW水轮发电机现在已无厂家生产，容量等级不再列入水轮发电机系列型谱表，因而改用1 600 kW水轮发电机。

水电站原来机组的额定转速为1 000 r/min，水电站管理单位提出，为了便于机组的维护管理，在选择新的机组时建议选用较低转速的机组。

对此，本次改造设计一并考虑。

根据上述原则，经比较，选择南平电机厂新的水轮发电机组，其型号及技术参数如表3所示。

表3 新的水轮发电机主要技术参数水轮机型号设计水头/m额定流量/（m3/s）出力/kW转速/（r/min）HL160-WJ-71 75 2.7 1708 750发电机型号额定功率/kW 额定转速/（r/min）励磁方式永磁机SFW-1600/8 1600 750可控硅TY245/9-8
根据水轮机HL160-WJ-71转轮的运转综合特性曲线图,运行水头情况下,水轮机运
转在效率中心,其最优工况运行效率达到了91.5%,在5%出力限制线处的效率也有89%,且具有较低的汽蚀系数，为正吸程安装机组。

在额定水头75 m，额定流量2.7m3/s时,机组的额定出力是1 600 kW(在此条件下原机组最大的只能发1 400 kW)。

原发电机端电压是3.15 kV,给设备的选择及维修带来很大的麻烦,所以更新后的发
电机端电压采用6.3 kV等级,并且更新与之配套电站的一、二次电气设备。

4 技改效果和经济效益分析
罗田水电站2台旧机组多年平均发电量792万kW·h，更新改造后至今很少弃水，几乎全部用来发电。

根据记录，年发电量最大为1 700万kW·h（最丰水年），最少发电600万kW·h（最枯水年），平均年发电量1 100万kW·h，比机组改造前增加了308万kW·h。

电站在2003年前有直供电网区，不单独计算上网电价，2003年电站所发电量输入广西电网，上网电价为0.25元/kW·h,2008年至今上网电价定为0.27元/kW·h,若以平均上网电价0.25元/kW·h计算,则每年增收77万元,电站平均年收益275万元。

更新两套水轮发电机组及其附属设施改造费用共计285万元，用电站全部的发电收益计算，一年多的时间就可以收回更新改造费用。

若只计算电站新增发电量的效益，则也只需要不到4年的时间就可以收回电站更
新改造费用。