浅议水电站水轮发电机组设备改造

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1、浅议水电站水轮发电机组设备改造摘要：水电站的水轮发电机组设备改造是水电站自动化的重要内容，本文主要探讨了目前水电站水轮发电机组设备改造。关键词：水电站；水轮发电机组；设备改造一、前言目前，水电站中许多发电机都严重老化，转轮需要更新换代，虽说水轮发电机组尚可运行状况尚可，但是超出力运行的情况较多，许多发电机的老化严重，这已经逐渐满足不了水机超出力运行要求，因此对水电站的水轮发电机组设备进行改造势在必行。二、水电站水轮发电机组设备改造历程和发展1.局部和整体修复改造很多水电站中的机械部件问题频频，出现疲劳、老化、病态等情况，诸如大轴摆度过强、噪音过大、发电机的绕组绝缘老化、过流部件严重

2、空蚀腐蚀、顶盖部位的振动过大等一系列问题，这多是由水电站机组的频繁使用、增减负荷造成的。问题频繁的出现直接导致一些水电站机组停机，进行检查维修。例如在20世纪60年代投入生产的某水电站，其混流式转轮直径为4.1m,运营以来转轮叶出现严重的空蚀现象，平均每两年便要进行一次大修，平均每台机空蚀的面积约为4❷，最大空蚀深度接近30mm,其中最严重的一台水轮机空蚀补焊耗用电焊条为760kg,这对机组的经济和运行来讲都是无法承受的。再如另一个水电站，自20世纪70年代投入使用轴流转浆式机组之后，过流部件受到了严重的泥沙磨损，并产生了裂痕，机组的效率下降了大约10%,而且在汛根本期无法发电，发

3、电效率和机组运行的安全得不到保障。运行时间越长，水电站的机组的导叶立面和断面的封老化和磨损情况越严重，致使导叶密封性降低，更有甚者或因漏水量过大导致机组停机。由于原来缺少密封措施，导叶的上端和下端和顶盖、底环部位很容易产生缝隙。总的来说,改造之后的设备能够增加密封，减少漏水情况，提高工作效率与质量。1.现代化改造因长时间运行出现故障的机组要针对性的修复处理，同时还要进行现代化的技术改造。首先要改造的是机组的关键部位、应用材料和技术等。水轮机转轮早期使用铸件或者铸焊结构较为普遍，且多采用价格较为偏移的普通钢制作，使得叶片中空蚀现象经常发生，这会严重的影响设备的正常运行。例如由于葛洲坝

4、水中含有大量泥沙，为了保证葛洲坝水电站正常运营，相关部门的讨论后，决定转轮使用材料选择不锈钢的材料，这在我国使用不锈钢材料水轮机开辟了先河。随着科技的发展，尤其是冶金技术和材料质量的提升，材料的综合性能得到了很大的提高。高强度的不锈钢逐渐替代了原来的低强度碳素钢。而且各种先进的焊接技术也便于叶片中不锈钢材料与碳素钢材料的连接，当然仍有一些中小型转轮叶片依然在使用20SiMno在现代化的大型水力发电站中，发电机组轮转叶片和上冠、下环部位应用的材料都是不锈钢的，这样不仅增加本身抗腐蚀性能，还提升了运行效果。科学技术的进步也带动了机组部件加工装备和工艺的探索和创新。在过去，机组使用的转轮

5、叶片大多数都没有经过机械的加工。在上世纪七十年代，联合设计葛洲坝水电站机组时，就曾经提出研制专用机床来加工叶片，以此来来提高叶片质量和效率，于是八十年代，发明了三轴和五轴数控加工铠铳机床，但费用较高，没有广泛普及。三峡水电站实现了对形状怪异的X型叶片数控加工技术。将这些加工技术融入设备改造之中，实现机组的现代化和自动化。调查分析我国国内实际运行的水电站水轮机性能，在上世纪50年代时投入运行的机组，明显与40年之后的机组有差别。例如1953年投入运行的福建古田水电站水轮机采用美国福伊特西门子水电公司的转轮，额定水头为110m；1994年投入运行的贵州天生桥水电站水轮机采用了法国阿尔斯

6、通公司的转轮，额定水头为111m。二者比较的结果如表1所示.改革开放之后，我国水电机组制造厂商的逐渐增多，引进了大量的国外先进技术和工艺，其中较为突出的是哈尔滨电机厂和东方电机厂，在国外专业学者的帮助下，共同研发和设计了三峡700MW的大型机组。自此之后，发电机组的水利性能突飞猛进，步入到了一个全新发展的阶段。三、水电站水轮发电机组设备改造1•设备改造的必要性伴随科学技术的创新发展，为适应发展的需要，很有必要对水轮发电机组的设备进行改造。首先，发电机组设备改造投资较少，但会有相当大的收益。在我国，初期的小型水电站是按照当时颁布的系列型谱选择机组标准的，但仅仅规定水轮机的型号、直径等

7、方面，把水轮机组的实际运行参数忽略了，导致设备实际运行参数达不到设计运行参数，机组长期低下的出力运行状态。调查了解到，一些水电站的设计工况严重偏离运行最优工况，浪费了大量的水能资源，而且由于设备长时间的运行，设备加速老化，使得出力性能达不到标准。还有一些水电站，因为选择了质量较差或存在缺陷的设备，设备的运行安全状态得不到保障，再加上低下的内部管理水平，这一系列问题导致机组设备长期带病运行，设备可能会提前损坏。这些都充分的说明，对水电站水轮发电机组设备进行技术改造是很有