对白盆珠水库电厂增效扩容进行探讨

对白盆珠水库电厂增效扩容进行探讨

赖炳曦

赖炳曦

身份证号码：44010619650XXXX078惠州市白盆珠水库工程管理局

摘要：随着经济社会的不断发展和壮大，有效的推动了水电站的发展，为了更好的满足时代发展需求，则需要对水电站进行增效扩容改造，其不仅可以有效提高水电站的自动化程度，而且还可以有效提高水电站的发电效益。本文结合实例会对白盆珠水库电厂存在的问题及增效扩容的意义进行分析，并在此基础上对其增效扩容技术进行研究，最后对白盆珠水库电厂增效扩容后的成果进行评价总结，以期更好的推动水电站的发展。

关键词：水电厂；增效扩容；问题；对策；评价

前言

水电是可再生清洁能源，大力发展水电事业可减少二氧化碳和二氧化硫排放有利环保，保护森林资源是利国利民的千年大计。水电站是将水能转变为机械能再转变为电能的工厂。我国水力资源丰富，各条江河已建成水电站无数座为国民经济的发展和人民生活的改善以及环境改善起到了不可估量的作用。但随着经济社会的快速发展，水电站由于运营时间久远，受当时装备水平、设计标准、施工技术等方面的限制，已经不能充分满足当前经济社会发展需求，迫切需要进行增效扩容改造。

一、工程概况

白盆珠水库位于惠东县城东北34公里，东江支流西枝江上游，是防洪、灌溉、发电和改善航运等综合利用的大型水库。集水面积856平方公里，总库容12.2亿立方米，设计灌溉面积17.47万亩。该水库经国家计委、国家建委及广东省计委、建委、水利电力厅批准而兴建，1985年8月建成正式投产。主坝坝顶高程88.2米，最大坝高66.2米，坝顶宽6米，坝顶长240米；土坝顶高程90米，最大坝高40.5米，坝顶宽8米，坝顶长278米。白盆珠水库电厂（下简称为电厂）是白盆珠水库工程管理局下属科级单位，为坝后式地面厂房，设计总装机达12000KW*2，年发电量8600万千瓦时。

该电厂自运营以来至改造前，累计发电超过23亿千瓦时，因运行时间久远，相关设备已经不同程度地出现问题。因此，白盆珠水库工程管理局于2010年3月前，自筹资金对一号机组水轮机、发电机进行了增容改造，初步解决了一号机组运行中出现的问题，增容效益明显。但电站综合能效相对偏低，部分设备运行可靠性降低，还严重影响全站的安全运行。为了有效降低电厂运行的危险系数，提高综合能效，非常有必要进一步增效扩容技术改造，使其容量进一步增加，安全系数进一步提升。

二、白盆珠水库存在主要问题

电厂自建成至改造前运行已经超过30年，由于建站时间长、运行时间久，受当时技术、装备水平所限，存在设备老化及安全隐患等问题，在很大程度上影响了电厂的高效安全运行。

1、运行可靠性低

该电厂设计于1957年，受当时设计理念、技术水平、装备条件等的限制，特别是经过30多年的运行，存在电厂技术落后、设备老化，一些元器件、制造材质等已经无法在市场上找到替换品；抗磨和抗气蚀能力较弱；转子磁极工艺不良经常发生烧毁；保护装置、自动化元器件九十年代初由晶体管改为电磁式后，现在运行可靠性差；动力电缆、控制电缆为油浸纸介铝芯电缆，电缆敷设采用构架都不符合防火安全要求；近区供电线路标准低、线径小、压降大，不符合供电要求；高压开关柜是少油户内断路器，可靠性差；低压开关柜基本为闸刀式，操作不安全；励磁系统的励磁变铝线卷、装置是半控整流桥，已不适应发电要求；桥式起重机启动冲击过大，无法满足检修需要；闸门控制装置不可靠等。以上故障严重影响设备的正常运行、检修安全，增大了运行和检修人员工作量。

2、发电效率降低

该电厂由于设计年代较早，最早由广东省水利电力勘测设计院规划设计，1973年重新编制初步设计，由于受当时设计水平、理念、工艺和建设手段所限，一些设施出现运行风险。比如：水轮机由于早期使用的以碳钢为主，质量和制造工艺水平较低，长期受水流和泥沙的侵蚀，转轮叶片气蚀严重；导水机构部件的腐蚀严重，转动部件产生变形，特别是水导轴瓦是橡胶制品，磨蚀严重，导致机组运行振动、摆度加大；发电机冷却装置（包括空冷器、油槽油冷却器）热交换能力差；调速装置超调量大，增加了并网时间等。由于这些因素的存在，导致机组运行能效转化效率降低，因此，进行技术改造很有必要。

3、运行存在隐患

电厂由于运行时间较长，油、水、风系统管道超出最大允许使用时间上限，已经出现不同程度的锈蚀，使油、水、风系统管道的密闭性大打折扣，已经出现不同程度的渗漏现象，甚至影响正常停机；储气罐为“三无”产品，属于明令禁止投入运行使用；刹车装置无法复归，经常在运行中带刹车起动机组；发电机测温传感器故障，对机组运行温度无法监控，给高水位超出力运行带来风险；调速器经常死机和故障原因不明；自动化程度低、故障率高；老式设备多、自身能耗大；设备运行维护量大，增加了运行成本；参数设计过于保守，每三至五年就要发生弃水，不能充分利用水资源；发供电控制过于繁复，增加了误操作风险；10KV断路器故障率高，切除故障设备需要越级跳闸等。上述问题的产生，需要增效扩容改造才能完成。

三、电厂进行增效扩容的意义

根据以上分析，电厂存在运行可靠性低、效率差、运行隐患大等问题，进行增效扩容改造非常必要，对于电厂的科学高效运行具有十分重要的现实意义。

1、提升发电效益

电厂进行增效扩容改造，可以充分利用现有水资源优势，在不改变机组台数情况下增加发电能力。经论证，发电机组单机出力可以从12000kW增容至15000kW，增容达25%；经计算机CFD分析，新型号转轮的效率可达到94.6%，发电机更换定子铁芯和线卷后效率可达到97%，机组综合效率至少可以提高3.5%，多年平均发电量从7600万kW.h提高至8718万kW.h，理论发电量可提升35%、保证出力从5439kW提高到5872kW，增加7.4%，长期运行经济效益明显；更换附属设备后，大大降低设备故障率，可提高安全系数、延长检修周期、节约检修费用；在水库汛限水位从75m提高到76m后，防洪调节能力得到了提高。经测算，通过更新落后设备，可用较小的投入实现发电效益大的提升，能进一步挖掘水库兴利库容的发电潜能。

2、提升综合效益

对电厂进行增效扩容改造，可彻底改变油、水、风系统管道设备漏水跑气冒油等问题，可以进一步优化改善电厂周边环境，提升惠民政策力度；同时，由于发电效益的提高，并网供电能力得到进一步提升，既为电网提供更多的清洁能源，又为下游城镇居民提供更可靠的水源供应，既可以提高惠州市三防对白盆珠水库防洪调控能力，又为东江流域管理局有效缓解枯水期下游供水不足的问题，对水库本身功能来说，提高了水库防洪调度和枯水调水能力；同时，由于综合自动化系统的引入，可以进一步减小运行检修人员的工作量。通过与一号机组主机完成改造相比，对二号机组增效扩容和其它设备进行改造十分必要，电厂经济效益、环境效益和社会效益十分明显。

3、提升安全效益

该电厂进行增效扩容改造，通过对老旧损毁、存在问题的设备进行更换，可以有效解决设计不足、设备性能缺陷、运行安全隐患等问题；通过设备更新、综合自动化管理系统的建立，对一些关键参数进行优化，可以提高设备的安全水平和综合自动化水平；通过更换桥机及启闭机等设备，可以提高检修的可靠性，保障了检修人员和设备的安全；通过改造油、水、风系统管道设备，降低了不必要的资源消耗；通过对励磁系统、调速系统、水车自动系统和刹车装置的改造，大大提升了相关设备运行可靠性；通过更换厂房门窗，满足了设备运行的消防条件，降低了铁窗玻璃破损伤人的危害。总之，通过增效扩容改造，既可消除安全隐患，提升了自动化管理水平，又可减轻运行、检修和管理人员的工作量，从而为白盆珠水库的安全运行打下坚实的基础。

四、白盆珠水库电厂增效扩容对策

1、增效扩容改造遵循的原则

针对电厂存在上述问题和水工建筑物、相关固件运行状态较好状况，根据国家增效扩容改造政策，为节约成本，没有必要对二号发电机组的机壳、转子轮毂、发电机大轴、上下机架及油槽、水轮机主轴等完好设备或部件和原先已经完成改造的一号机组主机再改造，通过综合分析和效能计算，确定电厂改造主要工程量包括：2#水轮机组转轮与导水机构、更换桥式起重机、2#发电机，更新改造厂用变压器及近区变压器，改造110KV开关站，改造全站开关柜、母线、电缆，改造全站动力和照明系统、计算机监控系统、微机保护装置、二台机组励磁装置、二台调速装置、直流系统电缆、新增一套图像监视系统，同时对一号机刹车装置、一号机水导轴承进行改造等。工程概算总投资3498.64万元，经测算，全部投资财务内部收益率为36.46%，满足全部投资基准收益率8%，效益费用比4.08≥1的要求。具有投入小、增容效果好的优势，可以有效提高机组的发电效率，扩大电厂的供电能力。

2、水轮机组设计参数选择

通过对白盆珠水库历年运行数据分析结果和对电厂现场尾水管、蝇壳等进行实地勘察之后，根据CFD分析比较，将HLA978a-LJ-230型号水轮机转轮替代原水轮机转轮HL123-LJ-225，转轮直径由原来2.25m增加到2.30m，额定流量由38.4m3/s增加到44.37m3/s。通过加大导叶分布圆和活动导叶由原来16个增至24个，经CFD分析优化后，新型号转轮内部水流干涉消失、进出流态理想，顶盖水压低于0.01MPa，额定水头损失低于0.6m。在其它参数保持不变情况下，水轮机出力由原来12.5MW增加到15.6MW。

3、水轮发电机组设计参数选择

根据电厂现场条件和分析计算，在不改变发电机定子机座高度直径和不改动转子磁轭、铁芯尺寸的情况下，通过改变定子铁芯材质提高磁通量、加大槽深、增加定子线径和转子线卷截面，更新旧的空冷器、泠油器，同时保留原有机架、上下导油槽，发电机效率在0.96时，功率因素（滞后）0.8、发电机额定电压10.5KV维持不变，额定功率完全可以达到15MW加15%过载能力，最终确定发电机型号由SF15-32/5500替代原来SF12-32/5500。

五、电厂增效扩容的总体评价

白盆珠水库电厂改造前上网电价为0.4282元/kW·h，厂用电率为0.27%，输、变电损耗为2%，有效电量系数0.9773，新增发电量3065.05万kW·h，扣除厂用电和线损系数为0.9773，改造后增加有效电量为2824万kW·h，增容部分年售电量收入可达1200万元，在增加投资10%和效益减少10%时，内部收益率均大于社会折现率8%，经济净现值小于零，经济效益费用比约1.08大于1，全部投资收益率为24.43%，投资利润率31.09%，效益提升明显，具有良好的经济效益和社会效益。

白盆珠水库水电站实施了增效扩容改造工程，每年相当于减少74万吨的CO2排放，减少0.925万吨SO2排放，保护了当地的生态环境，具有良好的环境效益。

结束语：

白盆珠水库电厂进行增效扩容，促进了东江流域第二大支流水电的可持续发展，得到了下游城镇百姓的普遍认同。此工程不仅能提高水资源利用效率，促进节能减排，保护河流生态环境，还能消除公共安全隐患，让库区和下游群众得到更多实惠，是一项费省效宏、一举多得、利国惠民的德政工程和民生工程，对惠州市建设绿色现代化山水城市具有重大而深远的意义。

参考文献：

[1]广东省水利电力勘测设计研究院《广东省惠州市白盆珠水库工程管理局电厂增效扩容改造工程.初步设计报告》