泗江電站發(fā)電機(jī)組溫度過高分析及對(duì)策

(四川省都江堰外江管理處，四川 崇州，611230)

四川水電大省，在川西平原分布著大大小小很多水電站。每年的6月到9月是高溫和雷雨季節(jié)，在此期間，運(yùn)行中的水力發(fā)電機(jī)組會(huì)承受環(huán)境溫度過高，雷擊等考驗(yàn)。由于發(fā)電機(jī)組定轉(zhuǎn)子和軸承受制造工藝和材質(zhì)，以及發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)廠家為機(jī)組安全運(yùn)行制定的溫度標(biāo)準(zhǔn)影響，在監(jiān)控保護(hù)中會(huì)設(shè)置故障溫度預(yù)警和事故溫度停機(jī)兩種保護(hù)措施，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)故障溫度預(yù)警時(shí)，一般會(huì)采取降低機(jī)組出力運(yùn)行或停機(jī)冷卻，這兩種處理方式都會(huì)造成部分水力發(fā)電機(jī)組在每年的5月到9月不能發(fā)揮機(jī)組最大效率。因此，本文就川西平原泗江電站通過技術(shù)改造，盡可能降低夏季發(fā)電機(jī)組運(yùn)行溫度，進(jìn)而有效提高發(fā)電機(jī)組效率作一分析。

1 泗江電站簡介

1.1 電站概況

泗江電站位于成都平原新津縣境內(nèi)，地處新津縣文井鄉(xiāng)張場(chǎng)社區(qū)五組，距城區(qū)9km，該縣海拔高度在442m～673m之間，氣候?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，無霜期長，四季分明。年平均溫度25.6℃，電站位于西河泗江堰樞紐下側(cè)50m處，該地點(diǎn)夏季(6月-9月)早晚溫差大，午夜最低溫度約18℃，正午最高溫度接近35℃。電站修建于上世紀(jì)80年代，所在流域水系為都江堰外江灌區(qū)西河泗江堰樞紐河段，充分利用上下游形成的水流落差，在保證灌溉用水的前提下，利用水能發(fā)電。電站于2007年2月進(jìn)行了技術(shù)升級(jí)改造，2008年 6月竣工，并網(wǎng)發(fā)電，年發(fā)電量1200萬kW·h。電站是成都原源投資有限責(zé)任公司全資控股的電站，共有2臺(tái)發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)總?cè)萘繛?600kW。機(jī)組為軸流定漿立式機(jī)組sf800-28/2600，由10kV文新線上網(wǎng)。電站設(shè)計(jì)水頭7.8m，設(shè)計(jì)流量25m3/s，實(shí)際來水流量在30m3/s以上，是一座以灌溉為主兼顧發(fā)電的綜合利用效益的電站。電站投運(yùn)以來，堅(jiān)持“安全第一，預(yù)防為主，綜合治理”的方針，堅(jiān)持以電調(diào)服從水調(diào)，水調(diào)服從洪調(diào)的原則，采用借水還水的方式，嚴(yán)格服從水管部門的調(diào)配。

電站從西河泗江堰樞紐上游取水，尾水直接排入西河泗江堰樞紐下游，由于西河屬防洪河道，在汛期(5月-10月)會(huì)有洪水途徑此處匯入岷江，故設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)該電站時(shí)考慮到此情況，在電站主廠房尾水側(cè)與尾水橋閘之間設(shè)計(jì)了尾水防浪墻，該墻高度按照50年一遇最高洪水位高程設(shè)計(jì)，高于電站機(jī)組風(fēng)道出風(fēng)口及水機(jī)層尾水側(cè)窗戶高度。尾水防浪墻和發(fā)電機(jī)風(fēng)道如圖1所示。

圖1 尾水防浪墻和發(fā)電機(jī)風(fēng)道

1.2 電站機(jī)組運(yùn)行狀況

泗江電站發(fā)電機(jī)組自2008年投運(yùn)后，從2008年至2011年發(fā)電機(jī)組繞組和下導(dǎo)軸承溫度每年都在逐步的升高，根據(jù)這個(gè)情況我們與設(shè)計(jì)單位和發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠方進(jìn)行了多次溝通，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查。主要原因是現(xiàn)有發(fā)電機(jī)組是從其它電站購買的二手設(shè)備，機(jī)組運(yùn)行時(shí)間(年限)比較長，繞組自身散熱不斷降低，發(fā)電機(jī)主軸在原有基礎(chǔ)上加長了1.5m，下導(dǎo)主軸的擺度有所增大(在規(guī)程允許范圍內(nèi))，綜合廠方及設(shè)計(jì)人員得出溫度升高與設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)沒有直接聯(lián)系。隨著投運(yùn)時(shí)間的增加，下導(dǎo)軸承溫度出現(xiàn)升高的現(xiàn)象，在2011年8月至9月出現(xiàn)了軸溫升高達(dá)到報(bào)警值，運(yùn)行人員只能采取停機(jī)降溫或降低機(jī)組出力的方式來維持發(fā)電機(jī)繞組的溫度和下導(dǎo)軸承的溫度在允許的范圍內(nèi)。

2 泗江電站機(jī)組繞組溫度過高原因分析及處理

2.1 繞組溫度過高原因分析

泗江電站2008年建成后，經(jīng)過2012年和2013年兩年時(shí)間運(yùn)行觀察發(fā)現(xiàn)，在夏季(5月-9月)，從上午10時(shí)到晚上20時(shí)期間，兩臺(tái)機(jī)組定子繞組溫度經(jīng)常超過預(yù)警溫度標(biāo)準(zhǔn)，甚至超過事故停機(jī)溫度標(biāo)準(zhǔn)，最高達(dá)110℃以上(電機(jī)絕緣為B級(jí)絕緣，允許溫度105℃，超過該溫度發(fā)電機(jī)繞組電氣絕緣會(huì)加速老化，降低繞組的絕緣等級(jí)，由于該機(jī)組是從其他發(fā)電廠購買的舊機(jī)組，到現(xiàn)在已經(jīng)運(yùn)行了30a左右，所以繞組溫度的過高對(duì)發(fā)電機(jī)長期安全運(yùn)行存在較大安全隱患)。

(1)經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，故障多數(shù)發(fā)生時(shí)間在中午12時(shí)以后，這是由于電站周圍的環(huán)境比較差，在夏天外界環(huán)境溫度比較高的情況下，加之由于當(dāng)初設(shè)計(jì)人員考慮抽風(fēng)機(jī)功率時(shí)偏小，抽取的風(fēng)量不夠，造成發(fā)電機(jī)繞組散熱不夠。

(2)夏季由于外界環(huán)境溫度高造成主廠房內(nèi)溫度也很高，熱浪襲人。根據(jù)此現(xiàn)象經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)查勘，發(fā)現(xiàn)從機(jī)組風(fēng)道抽出來的熱風(fēng)被尾水防浪墻阻擋，向上經(jīng)主廠房窗戶，檢修間大門，向下經(jīng)水機(jī)層窗戶等處又返回主廠房，重新被發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)扇吸入、抽風(fēng)機(jī)抽出，形成了循環(huán)，造成定子溫度逐漸升高，發(fā)電機(jī)輸出有功、無功和定子電流以及勵(lì)磁電流均未超過機(jī)組銘牌標(biāo)稱值的情況下，運(yùn)行人員只能采取停機(jī)降溫或降低機(jī)組出力的方式來維持發(fā)電機(jī)繞組的溫度在允許的范圍內(nèi)。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘測(cè)量，綜合認(rèn)為有以下兩種可能：一是抽風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)少(每臺(tái)機(jī)組一臺(tái)抽風(fēng)機(jī))，出力達(dá)不到設(shè)計(jì)出力，出風(fēng)量偏??；二是主廠房周邊環(huán)境較差，環(huán)境溫度較高。

2.2 對(duì)機(jī)組溫度過高的處理方式

2.2.1 加大機(jī)組風(fēng)道抽風(fēng)機(jī)功率，密閉抽風(fēng)機(jī)與出風(fēng)道出風(fēng)口之間的間隙

觀察發(fā)現(xiàn)，機(jī)組風(fēng)道出風(fēng)口只能安裝一臺(tái)風(fēng)機(jī)，且抽風(fēng)機(jī)外殼尺寸小于機(jī)組風(fēng)道出口內(nèi)徑，且抽風(fēng)機(jī)外殼與風(fēng)道出風(fēng)口之間有很多間隙，從風(fēng)道抽出來的熱風(fēng)有一部分會(huì)被風(fēng)道內(nèi)的負(fù)壓從間隙處吸進(jìn)風(fēng)道，形成循環(huán)，造成抽風(fēng)機(jī)工作效率下降。技術(shù)人員從市場(chǎng)上采購了功率和葉片尺寸更大的抽風(fēng)機(jī)安裝到風(fēng)道出風(fēng)口，并用薄鐵板封閉了抽風(fēng)機(jī)外殼與風(fēng)道出風(fēng)口之間的間隙。

改造完成后，經(jīng)過一周左右觀察運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)在同等氣溫條件下，機(jī)組整體溫度變化不大，定子溫度超過預(yù)警溫度情況仍然發(fā)生。

2.2.2 將抽風(fēng)機(jī)抽出的熱風(fēng)通過管道遠(yuǎn)離主廠房，送出尾水防浪墻

經(jīng)技術(shù)人員在下午13時(shí)測(cè)量，主廠房外空氣溫度33℃，地表溫度超過40℃，電站運(yùn)行人員反映：冬季時(shí)主廠房內(nèi)很溫暖，溫度高于室外，夏季主廠房內(nèi)溫度很高，熱浪襲人。根據(jù)此現(xiàn)象，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)查勘，發(fā)現(xiàn)從機(jī)組風(fēng)道抽出來的熱風(fēng)被尾水防浪墻阻擋，向上經(jīng)主廠房窗戶，檢修間大門，向下經(jīng)水機(jī)層窗戶等處又返回主廠房，重新被發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)扇吸入、抽風(fēng)機(jī)抽出，形成了循環(huán)(如圖2所示)，造成定子溫度逐漸升高，直到超出預(yù)警溫度。

圖2 發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)循環(huán)

經(jīng)技術(shù)探討，與制作廠家溝通 、論證，提出如下方案：將機(jī)組抽風(fēng)機(jī)出口接直徑800mm的鐵皮管(定制)，向上邁過尾水防浪墻后延伸1m，將熱風(fēng)排到尾水防浪墻外。如圖3所示。

圖3 抽風(fēng)機(jī)風(fēng)道延伸管示意

該方案將抽風(fēng)機(jī)抽出的機(jī)組熱風(fēng)排到遠(yuǎn)離主廠房的地方，從而改變了進(jìn)入主廠房的發(fā)電機(jī)組冷卻空氣，降低了進(jìn)入機(jī)組的冷卻空氣溫度，由于該冷卻空氣溫度比發(fā)電機(jī)繞組溫度低，所以能夠起到降溫作用。該方案實(shí)施后，通過發(fā)電機(jī)組在不同工況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)繞組整體溫度明顯下降，達(dá)到了預(yù)期的效果。

3 泗江電站機(jī)組下導(dǎo)溫度過高原因分析及處理

3.1 繞組溫度過高原因分析

經(jīng)過2013年和2014年兩年時(shí)間運(yùn)行觀察發(fā)現(xiàn)，在夏季(5月-9月)，從上午10時(shí)到晚上21時(shí)期間，兩臺(tái)機(jī)組下導(dǎo)瓦溫度經(jīng)常超過預(yù)警故障溫度標(biāo)準(zhǔn)55℃，甚至超過事故停機(jī)溫度標(biāo)準(zhǔn)60℃，最高達(dá)到57.8℃以上。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，故障多數(shù)發(fā)生時(shí)間在午后13時(shí)至21時(shí)，出現(xiàn)此情況前發(fā)電機(jī)輸出有功、無功和定子電流以及勵(lì)磁電流均未超過機(jī)組銘牌標(biāo)稱值，發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子的溫度都正常，運(yùn)行人員在出現(xiàn)上面的情況時(shí)只能采取停機(jī)降溫或降低機(jī)組出力的方式來維持下導(dǎo)溫度。

經(jīng)過研討和發(fā)電機(jī)廠家技術(shù)人員的分析，認(rèn)為出現(xiàn)以上情況有以下兩種可能：一是主廠房周邊環(huán)境較差，環(huán)境溫度較高；二是通風(fēng)不良，水機(jī)層溫度過高。

3.2 對(duì)機(jī)組下導(dǎo)溫度過高的處理方式

3.2.1 改造發(fā)電機(jī)層與水機(jī)層之間的吊裝孔

觀察發(fā)現(xiàn)，主廠房與水機(jī)層之間的通風(fēng)口除了一個(gè)樓梯間、就只有一個(gè)2m×2m的吊裝孔，由于吊裝孔幾乎處于封閉狀態(tài)，單靠一個(gè)樓梯間不能滿足通風(fēng)降溫要求，因?yàn)樗畽C(jī)層處于接近密封狀態(tài)，沒有對(duì)流風(fēng)通道，為了預(yù)防漲洪水造成發(fā)電機(jī)尾水水位過高，有尾水倒灌進(jìn)水機(jī)層的危險(xiǎn)，水機(jī)層墻體不能開窗排風(fēng)?；谝陨锨闆r，筆者提出了對(duì)吊裝孔進(jìn)行改進(jìn)和改造的方案。

吊裝孔的蓋板是采用角鋼、扁鋼、鐵皮三樣材料焊接而成的，由鐵皮蓋板和扁鋼兩個(gè)蓋板組成，框架采用角鋼焊接而成，上面用鐵皮、扁鋼鋪設(shè)焊接，扁鋼平鋪焊接。這樣一來就沒有了通風(fēng)的渠道。通過技術(shù)人員的現(xiàn)場(chǎng)勘察和對(duì)吊裝孔大小、受力進(jìn)行計(jì)算，現(xiàn)將鐵皮蓋板上的鐵皮全部去掉，全部采用扁鋼，扁鋼立鋪使每個(gè)間隙2.5cm，將以前平鋪的扁鋼用砂輪機(jī)去掉重新立鋪扁鋼焊接。同時(shí)在扁鋼立鋪后考慮到人員的安全性，在框架背面焊接兩根2m的角鋼，要求每片立鋪的扁鋼與角鋼的接觸面焊接牢固。這樣一來就加大了吊裝孔的通風(fēng)縫隙，再加上樓梯間的通風(fēng)作用，水機(jī)層里面就有流動(dòng)風(fēng)通過，水機(jī)層的溫度和下導(dǎo)溫度就能得到降低。通過這樣改進(jìn)吊裝孔的方式運(yùn)行了一段時(shí)間，觀察發(fā)現(xiàn)下導(dǎo)溫度下降的效果并不理想。

3.2.2 在發(fā)電機(jī)組下導(dǎo)機(jī)墩處加裝風(fēng)機(jī)

經(jīng)過研討發(fā)現(xiàn)，主廠房及主廠房周邊溫度普遍較高，使得流入水機(jī)層的風(fēng)的溫度也較高，發(fā)電機(jī)層和水機(jī)層相互之間的空氣對(duì)流差，從而使得水機(jī)層整體溫度下降并不明顯，對(duì)下導(dǎo)溫度不能達(dá)到有效降低的作用。后來經(jīng)過多次的制定方案和討論，最后決定利用機(jī)組上導(dǎo)風(fēng)道有出風(fēng)口并且安裝有風(fēng)機(jī)直接抽出熱風(fēng)，通過風(fēng)道管道送出主廠房到尾水防浪墻外，對(duì)下導(dǎo)加裝風(fēng)機(jī)，通過風(fēng)機(jī)吹下導(dǎo)油盆底部和側(cè)面，強(qiáng)制加強(qiáng)空氣的循環(huán)和對(duì)流，通過風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)機(jī)抽出熱風(fēng)排放到尾水防浪墻外的方式來降低下導(dǎo)溫度。

在進(jìn)行實(shí)地勘查計(jì)算后，在下導(dǎo)油盆側(cè)下方的機(jī)墩上安裝一臺(tái)抽風(fēng)機(jī)加強(qiáng)空氣的對(duì)流，達(dá)到強(qiáng)制降溫的目的。于是站部人員從市場(chǎng)上采購了合適的風(fēng)機(jī)及電纜線和固定風(fēng)機(jī)用的角鋼、開關(guān)、膨脹螺絲等材料，并用角鋼焊接了一臺(tái)固定風(fēng)機(jī)的架子，使風(fēng)機(jī)出風(fēng)口對(duì)準(zhǔn)油盆的底部和側(cè)面，利用風(fēng)機(jī)對(duì)下導(dǎo)油盆外壁進(jìn)行冷卻降溫達(dá)到使油盆內(nèi)部潤滑油溫度降低，最終使下導(dǎo)軸瓦溫度在正常的溫度下運(yùn)行。風(fēng)機(jī)安裝完成后接通電源進(jìn)行試運(yùn)行，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行觀察，下導(dǎo)軸瓦溫度能降低6℃～8℃，降溫效果明顯，能夠滿足機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 改造前兩年經(jīng)濟(jì)損失

泗江電站上網(wǎng)電價(jià)0.28元/kW·h，全時(shí)段上網(wǎng)。據(jù)電站技術(shù)人員統(tǒng)計(jì)，在2012年5月到9月期間，因?yàn)闇囟冗^高而被迫停機(jī)的時(shí)間在30h以上，降低出力運(yùn)行(每臺(tái)機(jī)約200kW，共計(jì)400kW)時(shí)間在240h左右；在2013年5月到9月期間，因?yàn)闇囟冗^高而被迫停機(jī)的時(shí)間在30h以上(運(yùn)行人員已開始主動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組出力，人為控制發(fā)電機(jī)溫度)，降低出力運(yùn)行(每臺(tái)機(jī)約200kW，共計(jì)400kW)時(shí)間在250h左右。據(jù)此，筆者根據(jù)統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出改造前平均每年損失4.12萬元(見表1)。

表1年均經(jīng)濟(jì)損失

4.2 改造資金投入

根據(jù)技術(shù)人員統(tǒng)計(jì)，此次改造共計(jì)費(fèi)用為2.197萬元 (見表2)。

表2改造資金

5 結(jié)論

泗江電站技術(shù)改造后，經(jīng)過2014年、2015年和2016年3年時(shí)間的運(yùn)行觀察，在每年的5月到9月期間，機(jī)組定子溫度穩(wěn)定在90℃左右、下導(dǎo)軸承溫度在51℃左右，整體溫度均未出現(xiàn)超出預(yù)警溫度的現(xiàn)象，達(dá)到了一定的效果。而改造前平均每年因?yàn)闄C(jī)組溫度升高帶來的經(jīng)濟(jì)損失為4.12萬元，投入改造的費(fèi)用僅為2.197萬元，僅為當(dāng)年損失的一半左右，改造成本于當(dāng)年全部收回。

由此，筆者認(rèn)為泗江電站通過保持發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行溫度，提高發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率，增大效益的方法是可行的，值得有類似情況出現(xiàn)的水電站技術(shù)人員借鑒和參考。