1#F增容改造可行性分析报告

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摘要：从电站的基本概况和主要参数分析出实施改造的必要性，从改造的原则和方案入手做了改造后的效益分析。总体对1#f的增容改造做了具体的可行性分析。

关键词：1#F增容改造；可行性分析；效益分析；

中图分类号：S611文献标识码： A

一、电站基本概况及主要参数

上游正常水位：124.8m； 最高水位：125.2m； 最低水位123.5m。下游水位正常水位：115.4 m(因下游15公里处新建程江口电站，其正常发电水位为115.1 m,改造增容按正常尾水位115.7 m进行设计);最低尾水位:115.02 m。拦污栅水头损失：0.15～0.25之间；流道损失为：0.27 m。电站属典型径流式电站，通过郴州地方电网以110KV线路与广东电网并网运行，机组一般采用开度模式运行，根据来水量进行计整。

现水轮发电机组主要参数：

1、水轮机

水轮机型号：GZ027-WP-410

转轮直径：4100 mm

额定出力：9600KW

额定水头：7.94 m

最大水头: 9.96 m

最小水头: 5.0 m

额定流量: 136 m3/s

额定转速：125r/min

飞逸转速：287 r/min

旋转方向：顺时针

机组中心线高程：109 m

正向水推力：115t

反向水推力：270t

GD2: 623t-m2

活动导叶最大转角：85℃

2、发电机

发电机型号：SFG9300-48/4200

额定容量：9300KW

最大容量：10000KW

额定电压：6300V

额定电流：1003A

最大电流：1078A

额定励磁电压：321V

最大励磁电压：337V

额定励磁电流：382A

最大励磁电流：402A

发电机绝缘联接形式：星形联接

灯泡比：1：1.17

短路比：≥1.2

定子与转子间气隙：6mm

二、改造的必要性

1、目前存在的问题

原石面坦电站（现翠江水力发电厂有限公司）三台机组系富春江水工机械厂仿奥地利灯泡贯流式机组，国内第一次生产，安装单位第一次安装同型机组，在选型设计、制造及安装工艺等诸多方面存在缺陷及不足，因而存在着相当多的隐患。

1.1出力不足

自92年投产以来，因机组在额定水头下运行达不到额定出力，在额定水头7.94m（减出栏污栅及流道损失后）时出力只有7500KW，且振动较大，要达到额定出力9300KW，毛水头要达到9.8m。即比设计额定水头高近2米。经综合测算，毛水头9.5米以上，三台机组满发，平均功率也只有8350KW。

1.2转轮及转轮室空蚀严重，维护工作量及投入增大。

原因：①、叶片由于采用抗蚀不锈钢材料制做，无汽蚀现象，转轮室球面出水边腰以下部有一条宽达80mm的严重空蚀带，空蚀深度最深14mm，平均3-4mm。每年汽蚀总失重量为18.5kg。上部份采用抗蚀材料汽蚀较微，轮毂上 85%开度出水边根部及浆叶密封外，空蚀现象严重，每年汽蚀失重总量为1.2公斤,大面积的汽蚀造成每年必须进行汽蚀修复，修复过程中由于应力释放以致于转轮室变形。耗费大量的人力以及资金。仅这一项每年直接耗费2-3万元左右，工期10余天，大大降低机组年利用小时数，间接损失8500kw×24h×12天×0.2元/度=48.9600万元。

②、由于机组长期在空蚀状态下运行，造成机组振动加大，导致各部件温升提高，甚至导致水导轴瓦烧毁，制约机组出力，危及机组设备安全运行，影响整个电厂效益。同时由于空蚀引起转轮叶片密封不严，漏油严重，振动加大，极易造成活塞端盖螺丝松动，断裂造成漏油及操作油混水乳化，据电厂油化人员统计，每年仅这项油损达5吨之多，直接经济损失达三万余元。

1.3导叶自开现象

机组在运行过程中，当导叶开度达到92%以上时，存在导叶自开现象，且导叶一旦达到88%以后机组出力急剧下降。这样一来又给调速器带来一系列问题，严重影响发电机运行安全。

2、问题的原因分析

石面坦电站机组是富春江水工机械厂仿制马迹塘奥地利机组的试验品，由于当时机组设计制造技术水平低，工程设计施工及工程技术管理方面的差错，许多的设备缺陷在后来的运行中暴露出来，特别是机组出力不足问题、空蚀现象严重问题、振动过大问题，严重威胁电站的安全运行，影响电站的经济效益，电厂组织工程技术人员反复分析研讨，咨询水轮机设备制造厂家及相关专家，并查阅了大量原始施工安装记录及技术文件，对原因进行了初步分析。

2.1水轮机设计出力裕量不足，型线和流道有偏，容易引起出力不足。

2.1机组吸出高度不够，现机组安装高程为109m，正常平均尾水位HS=-6.02m，而根据F02转轮模型试验结果计算HS=-8.33m

（δc=1.98，K8=1.15）。显然，吸出高度的严重不足是造成机组出力不足及空蚀严重的基本原因。

2.3转轮叶片加工的型线较差。（叶片系手工铲磨加工而成）

2.4转轮外径间隙不均（最大值为5mm，最小值为2.6mm）,影响机组效率。

三、改造基本原则及初步方案

长期运行表明，毛水头提高1.5m后，电厂的平均机组出力仅为额定出力的89.7%。因此，改造基本目标是在现电站长期运行低水头8.8 ~ 9.5m的情况下,发电机出力达设计最大容量10000KW，对应水轮机出力最少保证在10450KW，二是只对转轮和转轮室进行改动，其余部件参数尽可能不动，依据这一原则，初步确定改造的主要内容为：①更换一个性能优良的转轮；②更换一个配套转轮室（采用先进的加工工艺及抗蚀材料）；③更换转轮与主轴的联接螺栓及销钉；④更换发电机组通风冷却系统；⑤自动装置测量保护设备的配套更换及调整。

四、改造的可行性

（1）更换性能优良的转轮，增大吸出高度。避免机组在空蚀状态下运行，提高机组效率。

（2）调整协联关系,对协联曲线进行优化，提高机组效率和运行稳定性，减少叶片进口冲击，达到增加出力减轻空蚀。

（3）提高加工质量（叶片）确保型线，提高光洁度，提高机组出力，减少叶片表面的空蚀。

（4）优化裙边和转轮与转轮室结构，减小间隙汽蚀，优化转轮与转轮室的几何配比。

（5）提高安装质量，确保叶片安放角位置准确。

（6）合理选用叶片外缘与内缘的间隙，间隙越小，效率越高，在保证相关部件不发生碰撞的情况下，间隙尽可能小。

从上述几点着手，通过更换水轮机的关键部件，我们分析认为可以达到预期效果。

五、改造后取得的效益分析

（1）原设计机组效率最优点为92.7%，一般点为87.9%，而实际运行经我们的工程技术人员反复测算，机组效率只有80.7%。如通过改造后能达到设计效率，则每年可增加发电为：

P=〔（92.7%+87.9%）/2-80.7%〕×9300kw×4506h=4022956.80 kwh

按单位电度售价0.20元计算，则增加收入为λ=80.4591元。

（2）改造后汽蚀改善，运行稳定性增强，从而减少维修费用和劳动强度，平均每年可节约资金20×60%=12万元。

（3）增加收入+节约资金，则每年可创造价值为80.4591+12=92.4591万元

六、资金投入预算

此项改造，初步与HEC公司达成协议，经预算，根据市场调查和询价，估计总投入费用350-400万元，按改造效益分析计算，大约4年左右可以收回投入资金。

综上所述，我们认为这项改造从安全角度和经济效益角度来看，都是可行和必须的。

七、改造实施方案

由于转轮改造触及范围广，技术要求高，时间周期长，因此，必须加强领导抽调技术骨干，成立技改专题组，开展技术的相关工作，具体实施步骤如下：

1、前期准备

目前已完成对转轮出力不足的原因进行了初步分析，并与国内水轮机制造厂家（重庆水轮机厂、富春江水工机械厂、哈尔滨电机厂）进行了初步联系，就电厂机组运行状况及现各厂家设计加工技术水平等技术问题进行了调研，获取了大量的数据资料。

2、方案论证

根据电厂运行实际资料，综合考察各水轮机厂设计制造技术水平、价格。考察机组运行参数类似的电厂，咨询水电设计部门，组织有关技术人员及专家进行方案论证，拟定技术合同、经济合同。计划时间：2003年9月18日至2004年元月1日。

3、设备制造、安装、调试

电厂组织工程技术人员完成转轮体中心位置、转轮体与主轴连接部位，转轮室与预埋件各销钉、螺栓位置的精确测量，厂家选派工程技术人员驻厂监督质量，及时反馈信息，确保质量、工期，计划时间7个月。设备到现场后，拆除原转轮体转轮室，安装新转轮体、转轮室。完成冷却系统、控制保护系统等配套改造，进行综合调试及试运行，计划时间80天。