水利工程論文-鐵門一級(jí)水電站的機(jī)組改造.doc

水利工程論文-鐵門一級(jí)水電站的機(jī)組改造摘要：裝機(jī)容量1050MW的羅馬尼亞鐵門一級(jí)水電站（PortiledeFier1）正在進(jìn)行更新改造，改造后可望達(dá)到1200MW，發(fā)電容量增加約10%。年平均發(fā)電量由改造前的5.12TWh可望提高到5.46TWh。這項(xiàng)現(xiàn)代化改造工作將有效地保證機(jī)組安全運(yùn)行,延長(zhǎng)電廠壽命,該項(xiàng)改造工作將持續(xù)至2007年完成。關(guān)鍵詞：鐵門一級(jí)水電站；機(jī)組；改造鐵門電站是位于羅馬尼亞和南斯拉夫邊界的多瑙河上的歐洲最大的發(fā)電和航運(yùn)樞紐工程，整個(gè)樞紐工程由具有泄水閘的大壩、兩座船閘和兩座裝機(jī)容量各為1050MW（各裝設(shè)有6臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組）的電站廠房組成。羅馬尼亞和南斯拉夫各自擁有自己邊界一側(cè)的船閘和電站，各自負(fù)責(zé)自己的電站和船閘的操作和運(yùn)行。兩座電站都裝設(shè)轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，并先后于1970年至1972年之間投入運(yùn)行。鐵門一級(jí)電站，即羅馬尼亞一側(cè)的水電站，是擔(dān)任調(diào)峰的電廠，機(jī)組開(kāi)停機(jī)頻繁大量的開(kāi)機(jī)、停機(jī)次數(shù)已經(jīng)超過(guò)其壽命。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片和固定導(dǎo)葉已遭受嚴(yán)重的空蝕破壞并出現(xiàn)裂紋。30年來(lái)，機(jī)組從未從機(jī)坑吊出進(jìn)行過(guò)解體大修，安全問(wèn)題已經(jīng)成為嚴(yán)重關(guān)注的問(wèn)題。另外，其他機(jī)組部件也已經(jīng)老化，電廠控制系統(tǒng)效率低下。隨著現(xiàn)場(chǎng)改造工作于1999年開(kāi)始，蘇爾壽水電公司與VATech水電有限公司聯(lián)營(yíng)成為該項(xiàng)合同的主承包商，羅馬尼亞水電有限公司（HidroelectricnS.A）成為了鐵門一級(jí)電站的業(yè)主和運(yùn)行單位。對(duì)第1批3臺(tái)機(jī)組的改造工作迄今已經(jīng)完成，第4臺(tái)機(jī)組經(jīng)過(guò)現(xiàn)代化改造后可望于2003年夏天投入運(yùn)行。1制訂改造計(jì)劃在1995年，VATech水電有限公司和羅馬尼亞水電有限公司進(jìn)行了一項(xiàng)初步研究，研究的目的是通過(guò)改造能在多大程度上改善水輪機(jī)性能。采用數(shù)值流體模擬的方法對(duì)轉(zhuǎn)輪運(yùn)行的每個(gè)重要工況點(diǎn)進(jìn)行了分析，把舊轉(zhuǎn)輪葉片的斷面與用數(shù)值流體模擬方法設(shè)計(jì)出來(lái)的新轉(zhuǎn)輪進(jìn)行對(duì)照，找出了舊轉(zhuǎn)輪的薄弱點(diǎn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用新轉(zhuǎn)輪可以在水輪機(jī)效率、空化特性和增加出力方面有巨大的潛力。隨后，VATech有限水電公司的工程師們，在羅馬尼亞水電有限公司電廠人員的密切配合下，對(duì)機(jī)組的現(xiàn)狀進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究。調(diào)查結(jié)果表明，水輪機(jī)主要部件上出現(xiàn)的裂紋大大增加了運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。從安全考慮，近期對(duì)水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)部件進(jìn)行全面改造是十分必要的。通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助分析發(fā)現(xiàn)，固定導(dǎo)葉的裂紋是由振動(dòng)引起的,并且發(fā)現(xiàn)水輪機(jī)主軸的安全性在將來(lái)的運(yùn)行中將不會(huì)得到保證。另外，VATech水電有限公司建議，配合控制和自動(dòng)化系統(tǒng)的改造，所有機(jī)組都需要通過(guò)現(xiàn)代化改造，才能提高機(jī)組出力，增加電廠發(fā)電量。羅馬尼亞水電有限公司對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研工作，包括采用了在線監(jiān)測(cè)等測(cè)試手段，例如采用局部放電監(jiān)測(cè)，氣隙監(jiān)測(cè)和振動(dòng)監(jiān)測(cè)。對(duì)這些監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析后,羅馬尼亞水電有限公司認(rèn)為更新改造需要盡快進(jìn)行。雖然發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的狀況還好，但發(fā)電機(jī)定子在定子線棒槽內(nèi)的防暈保護(hù)已受到損害，劇烈的放電導(dǎo)致定子線棒的主絕緣受到削弱。如不予以改造，定子線棒最終可能出現(xiàn)松動(dòng)。2水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪模型試驗(yàn)VATech水電有限公司的水力和機(jī)械設(shè)計(jì)工程師們?yōu)?0t重的轉(zhuǎn)輪葉片研發(fā)了一種新形狀的葉片。由于這種大型葉片需要加工時(shí)間較長(zhǎng)，所以必須盡早設(shè)計(jì)。既要優(yōu)化水力工況，又要考慮到葉片樞軸螺栓孔、連桿、拐臂和接力器以及與其他許多現(xiàn)有條件的限制，這確實(shí)是一個(gè)特別的挑戰(zhàn)。新設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)輪在VATech公司在瑞士蘇黎世的水力試驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)內(nèi)容除包括常規(guī)測(cè)試項(xiàng)目如效率、空化和飛逸轉(zhuǎn)速外，還測(cè)試了導(dǎo)葉力矩和轉(zhuǎn)輪葉片力矩。由于計(jì)劃緊迫，先進(jìn)行半模擬試驗(yàn)然后再進(jìn)行全模擬的模型試驗(yàn)。轉(zhuǎn)輪葉片是先采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后與受力分析相結(jié)合來(lái)決定允許的轉(zhuǎn)輪葉片力矩。這樣，VATech就可以較早的通過(guò)半模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)出并確認(rèn)最終的轉(zhuǎn)輪葉形。全模擬試驗(yàn)是按合同規(guī)定的全部數(shù)據(jù)要求進(jìn)行的。轉(zhuǎn)輪葉片力矩的測(cè)試結(jié)果與其計(jì)算值相一致。對(duì)力矩測(cè)量結(jié)果的分析表明，與先前實(shí)測(cè)的轉(zhuǎn)輪葉片力矩曲線相比較，可以允許工程師設(shè)計(jì)出能確保證安全運(yùn)行的轉(zhuǎn)輪。模型目擊驗(yàn)收試驗(yàn)是在第三方的水力試驗(yàn)室?jiàn)W地利格拉茲市的阿斯特拉（AstyoofGraz）水力試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行的。試驗(yàn)于1998年10月全部完成。試驗(yàn)結(jié)果表明，在整個(gè)現(xiàn)在的運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，與改造前相比較，改造后水輪機(jī)的效率將提高幅度為0.5%1.2%。由于空化性能獲得極大的改善,滿出力時(shí)出力會(huì)增加12%。3實(shí)施計(jì)劃鐵門一級(jí)電站現(xiàn)代化改造的主要內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)加工制造一個(gè)完整的新轉(zhuǎn)輪，以及6套新的轉(zhuǎn)輪葉片（5個(gè)轉(zhuǎn)輪中心體將大修）。一個(gè)完整的新轉(zhuǎn)輪將用于第一臺(tái)機(jī)組的改造，以滿足每臺(tái)機(jī)組改造用時(shí)10個(gè)月的要求。加工制造6根新的水輪機(jī)軸，軸法蘭厚度、軸空心活塞部分的壁厚加厚。以保證軸的疲勞壽命達(dá)30年。加工制造新的主發(fā)電機(jī)定子和磁極繞組（由阿爾斯通提供）。加工制造新的定子鐵芯（由阿爾斯通提供）。加工制造一套新的輔助發(fā)電機(jī)的定子鐵芯，這是勵(lì)磁系統(tǒng)的一部分（由阿爾斯通提供）。加工制造新的輔助發(fā)電機(jī)的定子繞組和磁極繞組。改造和大修主廠房起重機(jī)（由羅馬尼亞水電有限公司提供）。機(jī)組完全拆卸吊出。對(duì)水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)主要部件進(jìn)行全面檢查。在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)基礎(chǔ)環(huán)進(jìn)行加工和刷漆。11水輪機(jī)固定導(dǎo)葉和頂蓋上出現(xiàn)的裂紋進(jìn)行修復(fù)。12安裝一套高壓頂起裝置，以便推力軸承在開(kāi)停機(jī)時(shí)使用。13改造和大修全部水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉，接力器和轉(zhuǎn)輪中心體。對(duì)其他部件全面進(jìn)行檢查并恢復(fù)其工作狀態(tài)，更換無(wú)油潤(rùn)滑的導(dǎo)葉軸套等。14改造和大修全部其他的發(fā)電機(jī)部件。15除銹防銹處理。16回裝水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)。17重新起動(dòng)、試驗(yàn)全部機(jī)組。最終決定每臺(tái)機(jī)組改造工作量的大小，哪些部件需要更換，都是在現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)機(jī)組全部拆卸吊出并經(jīng)過(guò)對(duì)各部件進(jìn)行嚴(yán)格檢查后才作出的。水輪機(jī)的性能指標(biāo)測(cè)試是按IEC有關(guān)規(guī)定進(jìn)行的，并且在改造前和改造后都必須進(jìn)行測(cè)試，以確認(rèn)經(jīng)改造后水輪機(jī)效率改進(jìn)的程度。3.1控制系統(tǒng)的升級(jí)改造隨著能源市場(chǎng)的自由化和能源價(jià)格上漲的壓力，羅馬尼亞水電有限公司和其他歐洲的水電站業(yè)主和運(yùn)行單位，主要依賴日新月異的電站控制和自動(dòng)化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行，盡可能提高電廠的利用率、可靠性和發(fā)電量。早在1997年，羅馬尼亞電力公司就決定改造更新鐵門一級(jí)電站的自動(dòng)化和控制系統(tǒng)設(shè)備。作為預(yù)更新改造研究的一個(gè)組成部分,經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)情況全面的調(diào)查分析，提出了在合同簽訂以前必須明確的更新改造項(xiàng)目，這些項(xiàng)目包括：全部控制室內(nèi)設(shè)備；單元控制屏；溫度測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)；機(jī)組低壓配電系統(tǒng)；相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)；磁極繞組；調(diào)速器，包括機(jī)械協(xié)聯(lián)裝置和調(diào)速器測(cè)速裝置；勵(lì)磁和調(diào)壓系統(tǒng)；電氣保護(hù)系統(tǒng)。由VATech進(jìn)行設(shè)計(jì)和主要供貨的新的控制系統(tǒng)，與分散的控制系統(tǒng)完全合一為整體，與電網(wǎng)的接口通過(guò)雙冗余的多芯光纖工業(yè)以太網(wǎng)H1數(shù)據(jù)傳輸線連接，這是基于SIMATICS7和WinCC的程序控制系統(tǒng)。這個(gè)控制系統(tǒng)具有完整的控制和保護(hù)冗余功能,新的設(shè)計(jì)完全實(shí)現(xiàn)了業(yè)主對(duì)安全性、利用率和易操作性的愿望。3.2機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝設(shè)了一套范圍廣泛的機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)，以便對(duì)機(jī)組整個(gè)運(yùn)行狀態(tài)和部件進(jìn)行監(jiān)控，這樣，就可以對(duì)超負(fù)載部件和