王玉林,吳有樹,游偉林,陶長波
(江西省港航局界牌航電樞紐管理處,江西 鷹潭 335001)
界牌航電樞紐是一座以航運(yùn)為主,兼有發(fā)電等效益的建設(shè)項(xiàng)目,位于信江干流鷹潭以下12.5 km的中童鎮(zhèn)徐楊村附近。工程建設(shè)規(guī)模為渠化Ⅲ級(jí)航道46 km,1000 T級(jí)船閘一座,設(shè)計(jì)單向通航能力為580萬t,裝機(jī)容量2×10 000 kW電站一座,年設(shè)計(jì)發(fā)電量為8 613萬kW·h,20孔泄水閘,以及擋水建筑物和相配套的生產(chǎn)、生活設(shè)施等建筑工程。樞紐于1992年11月開工,工程主體項(xiàng)目于1997年基本完工投入試運(yùn)行。工程自建成以來,充分發(fā)揮了通航、發(fā)電、灌溉、防洪等水資源綜合效益,確保了信江沿岸生產(chǎn)生活用水和城市景觀生態(tài)用水,美化了城市環(huán)境,為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)。
界牌航電樞紐電站自投產(chǎn)至今,主要機(jī)電設(shè)備已經(jīng)運(yùn)行近20年,存在諸多問題和安全隱患:由于樞紐不能按設(shè)計(jì)水位蓄水,2臺(tái)發(fā)電機(jī)組長期在低水頭運(yùn)行,偏離了原設(shè)計(jì)的最優(yōu)工況區(qū)域,長期工作在低效率區(qū)間,致使機(jī)組出力減少、振動(dòng)、擺度增大,直接影響到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行;主變壓器油枕存在滲漏現(xiàn)象,其他電氣設(shè)備也都存在型號(hào)陳舊、技術(shù)性能較差,能耗高,效率低的問題,多數(shù)屬于淘汰產(chǎn)品,不符合國家節(jié)能減排政策,而且這些設(shè)備的備品配件難以采購,日常的維護(hù)檢修工作非常困難。為此,當(dāng)?shù)毓╇姴块T曾發(fā)函要求電站進(jìn)行設(shè)備技術(shù)改造。為了解決以上問題,也為了更好地履行社會(huì)責(zé)任,樞紐開展了電站機(jī)電設(shè)備改造工作。
(1)水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備
1)10 MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組;
2)調(diào)速器及油壓裝置;
3)勵(lì)磁系統(tǒng);
4)油、水、氣系統(tǒng);
5)機(jī)組在線監(jiān)測及其他輔助設(shè)備。
(2)110 kV開關(guān)站設(shè)備
1)主變壓器及其附屬設(shè)備;
2)110 kV GIS 設(shè)備。
(3)廠內(nèi)高低壓配電設(shè)備
1)高低壓配電裝置(高低壓柜、廠變、配電箱等);
2)電纜及電纜橋架系統(tǒng);
3)監(jiān)控、五防系統(tǒng)升級(jí)改造;
4)廠房通風(fēng)系統(tǒng)及其它設(shè)備。
(1)2臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組采用整體改造方案,即對原機(jī)組除埋設(shè)部件的管形座、流道蓋板基礎(chǔ)和尾水管里襯外,其余部件更新為新設(shè)備。整臺(tái)機(jī)組采用臥軸水平布置,水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)共用一根大軸,為兩支點(diǎn)雙懸臂的支撐方式,水輪機(jī)側(cè)為導(dǎo)軸承,發(fā)電機(jī)側(cè)為組合軸承,原管形座為機(jī)組主支承,傳送機(jī)組在各種工況下的徑向力、推力及扭矩力、以及機(jī)組重力。水輪機(jī)按適應(yīng)本電站實(shí)際運(yùn)行水頭范圍的轉(zhuǎn)輪型號(hào)進(jìn)行選型,轉(zhuǎn)輪直徑由原來的5.50 m增加至5.60 m;發(fā)電機(jī)采用定子機(jī)座貼壁結(jié)構(gòu),發(fā)電機(jī)艙內(nèi)定子上游端設(shè)置空氣冷卻器、冷卻水管和軸流風(fēng)機(jī),實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)的通風(fēng)冷卻;每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一套純機(jī)械過速保護(hù)裝置和一套機(jī)組振動(dòng)擺度監(jiān)測裝置;改造前后機(jī)組主要結(jié)構(gòu)與參數(shù)的對比見表1。
表1 改造前后機(jī)組主要結(jié)構(gòu)與參數(shù)的對比
(2)為了驗(yàn)證新水輪機(jī)性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,是否適應(yīng)界牌樞紐電站降低2 m水頭運(yùn)行的實(shí)際工況,生產(chǎn)廠家委托北京中水科水電科技開發(fā)有限公司做了界牌電站水輪機(jī)模型試驗(yàn)。模型試驗(yàn)的內(nèi)容包括:效率試驗(yàn)、空化試驗(yàn)、飛逸轉(zhuǎn)速試驗(yàn)、水推力試驗(yàn)、導(dǎo)葉水力矩試驗(yàn)、壓力脈動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)報(bào)告顯示新的水輪機(jī)性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
(3)項(xiàng)目實(shí)施前對原埋設(shè)部件的管形座、尾水管進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核、探傷檢測及尺寸測量,經(jīng)過廠家計(jì)算,管形座、尾水管的強(qiáng)度滿足新機(jī)組運(yùn)行要求。
(4)新調(diào)速器采用武漢四創(chuàng)生產(chǎn)的WZT-80-6.3型雙冗余調(diào)速器,以兩套配置相同的可編程控制器(PLC)為控制核心,以比例伺服閥作為電液轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),機(jī)械液壓系統(tǒng)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu),組成的一種新型微機(jī)調(diào)速器。具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、油耗低、油泵啟動(dòng)次數(shù)少、斷電后保持當(dāng)前開度不變、易于操作及人機(jī)對話方便等特點(diǎn)。
(5)勵(lì)磁系統(tǒng)采用微機(jī)型自并激可控硅靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。此前界牌電站勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜已經(jīng)更換,要求本次更改的功率柜、滅磁柜應(yīng)與現(xiàn)有的勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜兼容,以便于勵(lì)磁系統(tǒng)在手動(dòng)和自動(dòng)控制下適應(yīng)于所有規(guī)定負(fù)載下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
為了確保改造后電站機(jī)電設(shè)備安全可靠,能耗低,自動(dòng)化水平高,對主要電氣設(shè)備選型的技術(shù)要求做了明確規(guī)定。
(1)通過方案比較,開關(guān)站的高壓設(shè)備選用戶內(nèi)SF6氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(以下簡稱GIS設(shè)備)。主要電氣設(shè)備采用安全可靠性高,能耗低的產(chǎn)品,提高設(shè)備完好率,大量節(jié)省配電裝置占地面積和空間。
(2)主變選型:主變壓器可以選擇9型、10型、11型,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和損耗也不同,11型的結(jié)構(gòu)先進(jìn),損耗最低,故選擇11型油浸式三相雙繞組無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器(FS11),鐵心選擇了高導(dǎo)磁材料,線圈選擇較大截面積以及先進(jìn)生產(chǎn)工藝,具有空載及負(fù)載損耗均較少、電氣絕緣性能好、安全性能好、全密封結(jié)構(gòu)、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。
(1)6.3 kV成套配電裝置,采用金屬鎧裝中置移開式開關(guān)柜,其中主要元件采用高壓真空斷路器,適用頻繁操作,操作合閘機(jī)構(gòu)由彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu),操作功小,使用壽命長。2臺(tái)發(fā)電機(jī)出口斷路器采用進(jìn)口產(chǎn)品,其余斷路器用國產(chǎn)設(shè)備。
(2)400 V低壓配電柜采用抽屜式開關(guān)柜,具有外觀整潔、占地面積小、操作靈活、維護(hù)方便、故障低等優(yōu)點(diǎn)。
(3)廠變、勵(lì)磁變采用帶鋁合金外殼的SC11型樹脂絕緣干式變壓器,近區(qū)變采用美觀大方的箱式變壓器。
(1)管形座內(nèi)外環(huán)高程與方位尺寸偏差問題處理
由于原水輪發(fā)電機(jī)組屬20世紀(jì)90年代初產(chǎn)品,制造加工精度不夠,工藝比較落后等原因,2臺(tái)機(jī)組管形座內(nèi)外環(huán)高程及方位尺寸與原設(shè)計(jì)尺寸都出現(xiàn)較大偏差,從而導(dǎo)致2臺(tái)機(jī)組安裝過程中出現(xiàn)如1號(hào)機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)導(dǎo)葉端面間隙偏小、2號(hào)機(jī)組水導(dǎo)軸承與主軸軸頸位置存在偏差等現(xiàn)象。因無法查到原設(shè)備制造和安裝歷史資料,為此,業(yè)主多次召開技術(shù)討論會(huì),邀請?jiān)O(shè)計(jì)院、監(jiān)理單位、安裝單位、主機(jī)廠家的專家代表與會(huì)討論,通過現(xiàn)場察看,查閱有關(guān)圖紙資料,一致認(rèn)為先測量管形座的實(shí)際尺寸,再研究確定解決方案。
首先,確定采用現(xiàn)場測量的方法,由項(xiàng)目參與各方人員共同對管形座進(jìn)行測量,通過對測量數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)1號(hào)機(jī)組管形座內(nèi)環(huán)實(shí)際尺寸比圖紙長4~5 mm,2號(hào)機(jī)組管形座內(nèi)環(huán)實(shí)際尺寸比圖紙尺寸短10 mm。
根據(jù)以上管形座實(shí)際測量尺寸,對安裝遇到的問題采取以下處理措施:
1)1號(hào)機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)導(dǎo)葉端面間隙偏小問題處理
根據(jù)測量數(shù)據(jù)分析,1號(hào)機(jī)管形座內(nèi)環(huán)實(shí)際尺寸比圖紙長了4~5 mm,是造成導(dǎo)葉端面間隙偏小的主要原因。處理方法為:廠家根據(jù)該數(shù)據(jù),對轉(zhuǎn)輪室加工尺寸進(jìn)行修正,確保轉(zhuǎn)輪室與轉(zhuǎn)輪中心一致,對導(dǎo)水機(jī)構(gòu)采取現(xiàn)場修磨內(nèi)、外環(huán)密封工作面,使導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。導(dǎo)葉立面間隙則采取加大偏心銷的偏心量(由原來的5 mm調(diào)整為8 mm)來調(diào)整的方法解決。
2)2號(hào)機(jī)組管形座內(nèi)環(huán)實(shí)際尺寸比圖紙尺寸短問題處理
由于2號(hào)機(jī)組管形座內(nèi)環(huán)實(shí)際尺寸比圖紙尺寸短10mm,導(dǎo)致水導(dǎo)軸承與主軸軸頸位置相差10mm,從現(xiàn)場來觀察,相當(dāng)于主軸向下游移動(dòng)了10 mm。處理方法為:在轉(zhuǎn)輪室上游的法蘭面加9 mm鋼墊,內(nèi)外端面打坡口,用封水焊加膠粘,使轉(zhuǎn)輪室與轉(zhuǎn)輪中心一致,對受影響的其他部件如主軸密封襯套、接力器與基礎(chǔ)板連接支架孔向上游側(cè)相應(yīng)偏移9 mm。
發(fā)電機(jī)定子與管形座連接,需重新打孔。為加快施工進(jìn)度,原計(jì)劃由廠家技術(shù)人員現(xiàn)場測量放樣,施工單位提前打好孔。鑒于擔(dān)心測量誤差以及鉆孔偏差,無法保證定子與管形座孔精準(zhǔn)對位,所以,即使廠家派人進(jìn)行了放樣,我們?nèi)匀徊捎么D(zhuǎn)子安裝到位后,用剛組裝好的定子調(diào)入機(jī)坑預(yù)裝的方法定位,然后將定子退出,調(diào)入安裝場進(jìn)行試驗(yàn)及發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)、附件安裝等工作,與此同時(shí),施工單位開始打孔作業(yè),兩者所花費(fèi)的時(shí)間大致相同,不會(huì)耽誤工期。通過定子安裝結(jié)果看,原人工放樣的孔位誤差還是較大(經(jīng)現(xiàn)場檢測,人工劃線定位的孔與實(shí)際安裝孔最大相差約20 mm),雖然定子多了一次吊裝,看起來比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力,但確保了定位精度,反而是節(jié)約了時(shí)間,使施工工期達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。
(3)機(jī)組伸縮節(jié)漏水問題處理
2臺(tái)新機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后,伸縮節(jié)都出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。按廠家圖紙要求,第一臺(tái)機(jī)組伸縮節(jié)密封采用直徑20 mm的橡膠密封條。鑒于第一臺(tái)機(jī)組伸縮節(jié)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象,在安裝第二臺(tái)機(jī)組時(shí),將直徑20mm密封條改為16 mm+6 mm的橡膠密封條,但投入運(yùn)行后,仍然出現(xiàn)了伸縮節(jié)漏水現(xiàn)象。我們將這一情況反饋給設(shè)備廠家,主機(jī)廠技術(shù)人員提出了改進(jìn)方案,今年初將2臺(tái)機(jī)組的伸縮節(jié)密封條更換為直徑18mm的“O”形丁晴橡膠密封條及加裝直徑8mm自適應(yīng)型盤根,自投運(yùn)以來,未發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象。
(4)發(fā)電機(jī)定子繞組引出電纜改型問題
發(fā)電機(jī)定子繞組中性點(diǎn)引出線電纜以及泡頭內(nèi)的主引出線電纜原廠家設(shè)計(jì)用聚乙稀交聯(lián)電纜,由于定子內(nèi)常年高溫環(huán)境(100℃左右),聚乙稀交聯(lián)電纜容易老化,經(jīng)廠家同意更換為耐高溫的硅橡膠絕緣耐高壓電纜(型號(hào)為ZR-AGG-6 kV,1x150)。
(1)優(yōu)化110 kV GIS設(shè)備及主變施工方案
為減少停電損失,整個(gè)改造期間,發(fā)電機(jī)組仍經(jīng)原開關(guān)站向電網(wǎng)供電,同時(shí)在開關(guān)站的右側(cè)空地上,建設(shè)GIS廠房,在設(shè)備安裝結(jié)束并經(jīng)供電部門驗(yàn)收合格后,再安排2臺(tái)機(jī)組停機(jī)(約2 d時(shí)間),拆除原開關(guān)站至110 kV界西線1號(hào)終端桿聯(lián)網(wǎng)線,將GIS出線搭接至110 kV界西線1號(hào)桿,新主變低壓側(cè)由電纜接入原高壓室高壓柜內(nèi),110 kV GIS設(shè)備及主變投入試運(yùn)行,最后拆除舊開關(guān)站設(shè)備及其附屬設(shè)施。
(2)主變壓器高壓套管連接方式
電站主變壓器高壓套管與110 kV GIS設(shè)備的兩個(gè)進(jìn)線間隔均采用套管直接連接,這種連接的優(yōu)點(diǎn)為,空間位置占用小,沒有導(dǎo)電部分裸露在外面,外部原因造成三相短路的概率小,設(shè)備運(yùn)行安全可靠性高。但這種接線方式也給檢修、試驗(yàn)帶來不便,GIS設(shè)備與變壓器檢修試驗(yàn)周期不同,每次變壓器檢修或試驗(yàn)時(shí),都要涉及到GIS設(shè)備(抽空、拆除套管),增加了檢修工作量,沒有常規(guī)連接方式方便(有明顯可拆的連接點(diǎn))。
科學(xué)大洋鉆探還顯示,海洋沉積物中的細(xì)胞數(shù)量與海洋或土壤中的細(xì)胞數(shù)量大致相同。探險(xiǎn)隊(duì)不僅在8 000英尺深的沉積物中發(fā)現(xiàn)了生命,還在擁有8 600萬年歷史的沉積物和溫度超過60攝氏度的沉積物中發(fā)現(xiàn)了生命。
圖1 界牌水電站電氣主接線圖
(1)設(shè)備布置
原廠內(nèi)高低壓配電設(shè)備布置不合理,高壓室、低壓室及廠用變布置在廠房28 m運(yùn)行層不同房間,勵(lì)磁室、勵(lì)磁變布置在21 m運(yùn)行層,這樣給運(yùn)行檢修帶來諸多不便,增加了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。改造方案是將原高壓室、低壓室、廠變室的隔墻拆除,重新整合為一個(gè)大空間,將主要電氣設(shè)備包括高低壓配電柜、勵(lì)磁柜、廠用變、勵(lì)磁變集中安裝在這空間內(nèi),將新高壓柜、低壓柜和廠用變分別成單列布置,保證了改造后的整體性和美觀性,并配備中央空調(diào)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度,大大改善了設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境(界牌電站電氣主接線詳見圖1)。
(2)實(shí)施方案及步驟
為確保樞紐安全運(yùn)行和降低因電站電氣設(shè)備改造而造成的機(jī)組停機(jī),減少發(fā)電損失,電站改造施工時(shí)間盡量安排在枯水期。高、低壓設(shè)備改造根據(jù)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場情況和滿足單機(jī)運(yùn)行等條件,制定了分步實(shí)施、逐步就位的改造方案,與機(jī)組改造同步實(shí)施,具體改造方案如下:
1)高壓柜改造
①根據(jù)施工安排,首先改造電站2號(hào)發(fā)電機(jī)組,因此在拆2號(hào)機(jī)前,先完成1號(hào)發(fā)電機(jī)組I段高壓母線段的高壓柜(含母聯(lián)柜)改造工作;
②I段高壓柜投入運(yùn)行后,1號(hào)發(fā)電機(jī)組發(fā)電,2號(hào)發(fā)電機(jī)組拆機(jī)改造,同步完成II段高壓母線段的高壓柜改造工作;
③備用電源高壓柜因?yàn)椴挥绊懶赂邏汗竦牟贾?,先保持運(yùn)行狀態(tài),待全部高壓柜安裝就位并順利上電后,再辦理相關(guān)手續(xù)退出備用電源,將備用電源電纜移至新柜再上電,至此高壓柜全部改造到位;
④高壓柜出線高壓電纜隨機(jī)組改造同步實(shí)施。
2)低壓柜改造
①在2號(hào)發(fā)電機(jī)組改造的同時(shí),首先拆除II段低壓柜。拆柜前統(tǒng)計(jì)歸屬1號(hào)發(fā)電機(jī)組輔助設(shè)備的供電回路,并在I段低壓柜中找電流容量相當(dāng)?shù)膫溆没芈?,將II段1號(hào)機(jī)組輔助設(shè)備的供電回路轉(zhuǎn)移至I段低壓柜,實(shí)施轉(zhuǎn)移后停II段低壓柜電源(含備用電源低壓柜),開始拆除工作;
②將拆除的II段低壓柜移至已拆除的原II段高壓柜位置,布置臨時(shí)供電低壓柜,目的是接I段低壓柜的負(fù)荷和保證備用電源的供電。期間注意各部分電纜因長度不足接頭多的問題,運(yùn)行時(shí)多巡視;
③制定單機(jī)運(yùn)行的I段低壓負(fù)荷轉(zhuǎn)移計(jì)劃,再按計(jì)劃分批將I段低壓柜的用電負(fù)荷全部轉(zhuǎn)移至臨時(shí)供電低壓柜(有時(shí)需短暫停機(jī));
④拆除I段低壓柜,在原低壓柜位置安裝新低壓柜和廠用變壓器,調(diào)試上電后,新低壓柜投入運(yùn)行,期間新2號(hào)發(fā)電機(jī)組的輔助設(shè)備電源全部接入新低壓柜,至此低壓柜改造就位;
⑤1號(hào)發(fā)電機(jī)組改造期間,所有輔助設(shè)備電源全部接入新低壓柜,將臨時(shí)低壓柜的供電負(fù)荷轉(zhuǎn)移至新低壓柜上,拆除臨時(shí)低壓柜。
3)電纜及電纜橋架
拆除舊電纜及橋架,重新架設(shè)電纜橋架,布置要求美觀,電纜敷設(shè)要求強(qiáng)弱電分層布置,編號(hào)、標(biāo)示齊全清晰,無損壞,接地良好。
界牌樞紐電站在改造過程當(dāng)中,很好地利用了原有的設(shè)備、空間、人員和切實(shí)可行的技術(shù)改造方案,不僅順利完成了改造工作,而且還保證了發(fā)電效益,真正實(shí)現(xiàn)了技改和效益雙“豐收”。改造后,電站設(shè)備故障發(fā)生率呈直線下降,設(shè)備安全可靠性得到提高,而日常運(yùn)行維護(hù)工作量大大減少,整個(gè)樞紐運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性取得了顯著提升。
(1)通過對樞紐電站機(jī)電設(shè)備、各輔助系統(tǒng)設(shè)備的改造,提高了設(shè)備本身的性能和電站的自動(dòng)化水平,徹底解決了電站存在的設(shè)備老化等安全隱患,為電站安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的設(shè)備保障。
(2)根據(jù)同水頭同流量運(yùn)行數(shù)據(jù)對比分析,改造后的發(fā)電機(jī)組比舊機(jī)組提高出力5%-10%左右,每年可增加發(fā)電量約300~500萬kW·h,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。
(3)主要電氣設(shè)備包括廠用變、勵(lì)磁變、高低壓配電柜、勵(lì)磁裝置集中安裝在高低壓室,并配備空調(diào)調(diào)節(jié)運(yùn)行溫度;GIS設(shè)備、主變設(shè)備布置在室內(nèi),這些大大改善了電氣設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境,有利于電氣設(shè)備運(yùn)行檢修管理,提高了設(shè)備的可靠性。
(4)全站電氣設(shè)備及電纜更換是老電站改造的最大難點(diǎn),一邊改造,一邊運(yùn)行,安全是最大壓力。我們通過合理安排工期,優(yōu)化施工方案,加強(qiáng)現(xiàn)場安全監(jiān)督,施工期間未發(fā)生一起安全事故,在主要施工期的2015~2016年,電站均超額完成了全年發(fā)電生產(chǎn)任務(wù)。
(5)界牌樞紐檢修人員參與機(jī)電設(shè)備的安裝,提高了檢修人員的素質(zhì),鍛煉了檢修隊(duì)伍,熟悉了新設(shè)備結(jié)構(gòu)和性能,為今后電站機(jī)電設(shè)備檢修維護(hù)創(chuàng)造了有利條件。