丰满发电厂三号水轮发电机组改造

2012-02-01赵迎春李昱洁

科技传播 2012年2期

赵迎春，李昱洁

1.丰满发电厂，吉林吉林 132108

2.赤峰电业局，内蒙古赤峰 024000

1 概述

丰满三号水轮发电机组的水轮机部分是苏联列宁格勒金属工厂产品，发电机部分是西德AEG与哈尔滨电机厂混合产品，该机组于1960年5月投产。这是丰满电厂一期最后投运的一台机组，至今已运行50多年。在总结了以往水轮发电机改造经验的基础上，根据三号水轮发电机组的具体情况，对三号机组实行全面现代化增容改造，这是我厂机组改造中规模最大、内容最多、增容效果明显的一台机组。并将为老水电机组的现代化改造闯出一条新的道路。

2 改造的必要性

丰满三号水轮发电机原设计为西德AEG公司产品，由于二次世界大战，部分部件未到货，解放后，丰满电厂改建工程开工建设。

三号水轮机自1960年投产发电以来，经过半个世纪的长期运行，曾多次出现了不同程度的转轮叶片裂纹、汽蚀、尾水管脉动压力大等严重影响机组安全稳定运行问题，且主阀操作机构磨损严重，用于自动控制的电磁液压阀线圈老化严重，无备品。由于设计上的原因，主阀不具备动水关闭的功能，而主阀前面只设有检修闸门，无快速闸门，没有事故配压阀，当调速器主配压阀卡住时，水轮机导叶无法关闭，势必导致机组飞逸，严重威胁机组的安全运行。

为了彻底解决三号水轮发电机组存在的诸多重大隐患，确保机组安全稳定运行，必须对三号机组改造。

3 改造的可行性论证及改造方案确定

3.1 水轮发电机组增容改造

为了做好三号机组改造可行性论证工作，2002年初委托中国水利水电科学研究院、哈尔滨大电机研究所分别对三号水轮机、发电机增容改造进行可行性论证。委托大连理工大学用有限元法对发电机机墩的强度进行核算、委托中水东北勘测设计院对丰满一期工程水轮机进水阀更新改造进行可行性技术论证等通过论证，目前国内外水轮机生产厂家均有能力制造适合丰满电站运行水头范围、性能优良的水轮机转轮。三号水轮机改造前后的主要参数见表1。

表1 三号水轮机改造前后主要参数

注：ЭМЗ—列宁格勒金属工厂

东北电力科学研究院对发电机进行通风温升试验、试验结果表明通风温升试验指标均满足设计要求。，通过对发电机机墩的受力进行科学的有限元分析，当三号机组额定出力增至81mW/85.5 mW时，三号发电机的机墩能够安全运行。

鉴于1988年三号发电机增容改造后东北电力试验研究院进行的参数、温升及效率试验结果表明，改造后定子及转子温升尚有一定余量。在1991年汛期大发电期间，3号发电机实际最大出力高达85mW，实践证明3号发电机实际容量要高于88年增容改造的目标值72.5mW。为了合理准确地确定新转轮的参数，在保证3号发电机长期安全运行的前提下，结合水轮机转轮更换，有必要对3号发电机安全发电容量进行核算。经过对电磁参数、温升、强度、通风及空冷器散热容量等项核算表明：3号发电机的视在功率为90MVA，81mW，功率因数0.9，当功率因数为0.95时，有功功率为85.5mW，此时水轮机出力可达87.5mW。三号发电机改造前后的主要参数见表2。

表2 三号发电机增容改造前后主要参数

通过上述论证分析，丰满三号机组改造是以发电机再增容电磁、温升核算结果，即发电机额定功率81mW/85.5mW（CosФN=0.9/0.95）为依据，配套选取新转轮的相关参数（见表2），使改造后的三号机组成为性能好、容量大、效率高具有当代技术水平的新机组。

3.2 水轮机进水阀更新改造

为了做好丰满发电厂水轮机进水阀的更新改造工作，专门委托中水东北勘测设计研究有限责任公司对丰满发电厂一期工程安装的8台水轮机进水阀更新改造进行可行性技术论证。更新改造后的进水阀能够消除原蝶阀不能实现动水关闭的重大隐患。

3.3 三号水轮机尾水管加固方案研究

为了彻底解决丰满发电厂老机组水轮机尾水管钢衬经常大面积脱落问题，2002年丰满发电厂委托哈尔滨电机厂设计部进行“丰满老机组尾水管钢衬脱落可行性研究”，研究结果表明：要彻底解决丰满发电厂1-8号水轮机尾水管经常脱落问题，必须结合水轮机转轮更换，对水轮机尾水管钢衬进行更换。

4 改造内容

4.1 水轮机部分

4.1.1 水轮机转轮更换

将原HL631-LJ-435型转轮更换成哈尔滨电机厂有限责任公司生产的HLA835b-LJ-440型高强度、耐空蚀全不锈钢转轮。

4.1.2 尾水管钢衬更换

因三号机组经常处于低负荷工况运行(旋转备用),再加上机组运行年久及水流的冲刷，导致尾水管里衬钢板多次脱落。结合三号水轮机转轮更新改造,对尾水管钢衬进行更换.

4.1.3 水导橡胶轴承更新改造

丰满发电厂通过科学论证和广泛的调查研究，大胆地选用加拿大生产的环保型赛龙材料，设计、制造出新型水润滑水轮机轴承，替代原水导橡胶轴承。

4.1.4 导水机构双连臂更换

原水轮机导叶连臂为双耳式结构，导叶间隙不易调整，剪断销锈蚀严重起不到剪断销作用，结合三号机组改造将原双耳式连臂更换成框式可调双连臂，该设备不仅导叶的立面间隙便于调整，而且剪断销便于更换，减少了设备的检修维护量。

4.1.5 水轮机补气系统改造。

原水轮机补气系统有尾水管短管补气与主轴中心孔补气两种补气方式。本次水轮机改造，补气系统只采用主轴中心孔补气方式，但主轴中心补气量增加了1/3，即逆止阀由原来的四个（活塞直径为50mm）增加到6个。

4.1.6 油装置更新改造

因新水轮机转轮出力的增大，使得水轮机导水机构操作力矩增加，接力器的额定操作油压需由原来的2.0MPa增加到2.5MPa，因此对原苏联生产的压油装置进行更换

4.2 水轮机进水阀（蝶阀）更新改造

丰满三号水轮机原进水阀为德国Votih 公司1940年生产的水轮机进水阀更换成长沙阀门厂生产的具有动水关闭功能的新型重锤式液控蝶阀。

4.3 发电机部分

发电机部分针对原来的推力轴承严重甩油进行了油槽盖重新设计、制作处理，效果在之后的运行验证还是达到了预期的止漏目的。

4.4 机组一次系统改造

1）三号主变高压开关更换。结合本次改造工程对操作次数已逾4 000次的3号主变高压开关（Siemens 3AV1型）进行了更换，新开关为北京ABB HPL245B1型SF6断路器；

2）三号机发电机分支线开关更换。对已运行60余年的三号机分支线多油开关（日本日立 YGC型）进行了更换，新开关为德国Siemens 3AH3 818-7型真空断路器；

3）三号机发电机出口开关安装。在3号机发电机出口增设了一台发电机出口开关。新开关为德国Siemens 3AH3 818-8型真空断路器；

4）机组分支线刀闸更换。对已运行60余年的3号机分支线甲乙刀闸（手动、单相操作）进行了更换。新刀闸为沈高 GN23-20/5000型隔离开关；

5）三号机励磁机改造。对已运行50余年、绝缘已严重老化的三号机主、副励磁机进行了改造。改造工作由哈电机厂完成。主要项目有：主励磁机电枢绕组及整流子更换；主励磁机定子主极、和流、差流绕组更换；副励磁机定子并励、串励绕组更换。改造后三号机励磁机绝缘水平为F级。

4.5 电气二次系统改造

1）发电机变压器组微机保护更换。因3号机组主接线发生变化，CT、PT配置相应变化，对发变组保护重新配置，将WFBZ-01型微机发变组保护装置更换为GDGT-801B型数字式机变保护；

2）发电机出口同期装置安装。为增加丰满电厂机组运行方式的灵活性，在三号发电机出口与主变压器之间安装一台ABB断路器，故增加了1个同期并列点，设备选用SYN-3000,由法国伊林公司制造，增设同期回路；

3）机组振动摆度在线监测系统安装与调试。安装了机组状态监测及跟踪分析系统，设计安装了摆度、振动、压力脉动、压差、接力器行程等传感器，对状态监测系统网络交换机、服务器、终端机等设备硬件软件进行了安装，对软硬件系统安装调试后，达到了设计要求；

4）水车自动控制系统及计算机监控系统。结合主阀、侧路阀更换、水导轴承更换、压油装置更换、156、116高压开关更换、126开关安装、状态监测系统安装、自动控制及发变组保护系统改造等改造，对机组的自动化及计算机监控系统进行了相应的改造；

5）蝶阀控制系统设计与安装。对于长沙阀门厂的控制系统，采用本厂现有的主机QUANTUM完成对阀门的自动控制，并实现远程监控。由我厂维护进行主阀控制的PLC软件编程调试。结果达到了预期的效果。

5 效果

5.1 机组的运行性能

三号水轮发电机组增容改造工程历时六个半月，于2005年6月30日投入运行，三号机组立即进入全厂满出力（1 000mW）运行，在今年汛期该机组曾经历了两次大发电的考验。为了检验三号机组改造的效果，委托东北电力科学研究院在机组改造前后进行了全面试验。各项试验结果都达到了预期的效果，机组额定功率、效率、水轮机最大功率均达到了厂家的保证值。通过对机组自动控制控制系统的进一步完善，极大地提高了机组的自动化水平。由此次可见，该机组通过以更新水轮机转轮为中心的现代化改造，其运行性能及参数水平由50年代末一跃达到了21世纪初的先进水平使老水电机组焕发了青春。