某电站机电及金属结构技改初步报告

XX省XX县

石门水电站增效扩容改造工程

初步设计报告

6 电工、金属结构及通风空调

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目录

6.1 水力机械……………………………………………….……...…6-3 6.2 电气一次……………………………………………….…..…6-9 6.3 电气二次……………………………………………………....6-18 6.4 金属结构……………………………………….…………….…6-24 6.5 通风空调……………………………………….……………….6-24 6.6 附表……………………………………………...…………….6-25

6 机电、金属结构及通风空调

6.1 水力机械

6.1.1 电站现状

石门水电站位于广东省新丰县小镇与梅坑两地区之间，是一座高水头引水式水电站。电站现有三台冲击式发电机组，水轮机型号CJ461-W-120/1×15.5，发电机型号为TW215/47-12，总装机容量为3×2000kW，年发电量2238万kWh，年利用小时3730小时，在新丰县电网系统中起着重要的作用。

6.1.2 机电设备改造的必要性

①机组参数与水能参数不符

由于石门水电站为径流式电站，仅有一个日调节水库，有效容积仅9万m³，每年有大量弃水，水能没有得到充分的利用。根据水文计算结果，现电站的水能参数与机组参数已不相符，机组存在一定的增容空间。

②机组效率

水轮机及发电机均为上世纪80年代的产品，受当时设计及制造水平的限制，水轮机的效率较低，真机与现在的优秀转轮相比，其动能指标（流量、效率）明显偏低，效率相差3%～5%左右，存在增效的余地。

③机组运行的可靠性

机组运行至今已26年，期间没有进行过技术改造，已经到了报废年限。水轮机协联差、故障率高、漏水严重，转轮经过多年的运行，存在空化现象，影响了水轮机效率和机组的稳定运行。发电机为B级绝缘，绝缘等级低，且呈逐年下降的趋势，定子、转子铁芯温度高，机组震动大，损耗较大。

④调速器性能

电站3台调速器为天津水电控制设备厂生产的YT-600型机械液压型调速器。经多年运行不论是机械液压部分还是控制部分均存在很多问题，性能指标已达不到调速器基本技术条件要求。

综上所述，由于机组设备陈旧老化、性能下降、故障频发，严重影响了电站

的安全运行；转轮的空化、汽蚀、低效率和水能的不充分利用造成了电站电量效益的损失，目前三台机组最大出力只有5600kW，电站的增效扩容改造势在必行。

6.1.3 机电设备改造的可行性

从经济的角度上来讲，电站改造尽量保留原有水工建筑物，水轮机需改造的相关部件以及其它机电设备的改造工作在枯水期完成，建设周期短，建设投资相对较少。同时，使电厂在施工建设期的发电效益的损失也降到最少，取得较好的经济效益。

从技术的角度上来讲，随着设计技术与制造工艺的进步，已有大量的新型转轮被研制并用于实际工程，使用性能优越的新式转轮取代旧转轮来提高机组性能是完全可行的。电气设备的性能与自动化水平也发生了日新月异的改变，电站的电气设备的升级改造难度不大。

所以，电站的增效扩容改造是一项技术上可行，难度不高，投入少产出多的效益显著的项目。

6.1.4 电站的水能参数

根据水文规划专业提供的计算成果并对机组进行现场调查了解，本阶段维持原机组的水位及额定水头不变，改造前后电站的水能参数如下：

6.1.5 机电设备改造的原则

为减少工程量，缩短施工期时间，节省投资达到增效的目的，经与业主协商后制定了石门电站增容改造的设计原则：

(1) 水库水位和尾水位等都维持不变，水轮机额定水头为216.55m，机组的单机容量由2000kW增容到2200kW。

(2) 水轮机基础及埋入部分保留不动，水轮机整体进行更新。

(3) 电站油、水、气管路系统在满足要求的前提下，尽量予以使用。

(4) 选择抗空化性能更优越的转轮，维持水轮机的安装高程不变。

(5) 水轮机主轴与发电机大轴的连接位置保持不变。

(6) 在设备布置合理与设备运行维护方便的前提下，尽量减少土建工程量，保证厂房结构与设备安装的可靠性。

(7) 合理确定施工顺序与施工期，缩减电站在改造期的电量损失。

6.1.6 机组选型及适应性分析

6.1.6.1 水轮机额定水头

由于本次增效扩容机组装机容量变化较小，水轮机额定流量变化也较小，引水系统水力损失也会有少量的变化。根据水工计算成果，引水系统水力损失为12.05m，即取水轮机额定水头为216.55m。

6.1.6.2 水轮机机型选择

电站总装机经过增效扩容后为3×2200kW，由于电站运行水头范围在212.5m～225.7m之间，水轮机额定水头选定为216.55m，经查阅国内水轮机组厂家资料，最适宜该电站水头段的水轮机转轮型号有CJA475、CJZH9。以下就

CJA475和CJZH9机组进行比较，具体比较结果见表6-2。

经比较分析可知，方案一、方案二均为高水头段较优秀的混流式转轮，能量指标都较好，均在高效区运行。相对而言，方案二CJZH9-W-115/2×11机型转轮出力及最高效率均高于方案一，同时方案二的高效区比方案一广，且运行加权平均效率优于第一方案，两方案机组的造价基本相同。

综合比较后，认为方案二机组技术经济指标最优、最适合本电站采用。原水轮机组的额定效率仅为84.8%，更换新转轮后，水轮机的效率可达90.3%，经过增效扩容后，水轮机的效率增加了5.5%左右，机组的装机容量由2000kW增加到2200kW，单机额定流量由 1.18m³/s增加到 1.203m³/s，单位电量耗水量由2.124m³/kWh减少到1.969m³/kWh，降低比例为7%，具有一定的经济效益。方案二选用的CJZH9系列机组有实际运行电站例子、运行情况较好。本次设计推