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1、头坝水电站增容改造工程增容改造设计方案1.1 工程等级和标准电站改造工程总装机容量为2100kw（拟定方案），属小（2）型V等工程。渠道及主要建筑物按5级设计。据1:400万中国地震动峰值加速度区划图（2001）,工程区地震动峰值加速度为o.2og（相当于地震基本烈度Vm度），地震动反应谱周期为040s,对应地震设防裂度为8度。1.2 增容改造的基本原则和设计依据1.2. 1基本原则本次改造遵循切合实际，节约投资的原则，在保持电站原有水工结构不作变动、发电机基本结构不变、机组安装高程不变、额定电压和额定转速不变、预埋部件基本不变的前提下，更换3台水轮机转轮、改造3台发电机定子、转子线圈。要求发
2、电机额定功率由50OkW增容至70OkW,水轮机额定功率由550kw增容至824kw；在净水头为15.5m运行时，水轮发电机组在稳定工况区运行，且加权平均效率较高,有先进可靠的性能参数，如出力、效率、空蚀和稳定性等；机组甩负荷过渡过程的调节保证计算值既满足原引水系统设计值的允许值，也满足现行规范的要求。1.2.2设计主要依据(1)小型水力发电站设计规范(GB50071-2002)(2)小型水电站初步设计编制规程(SL/T179-96)1.3工程改造内容头坝三号电站增容改造拟列入永昌县农村水电增效减排建设工程之一，工程所在地距县城15km,装机容量3X700kw,属于小型水电工程，主要有50m尾
3、水渠改建，500m输水渠道改建，30m压力前池溢流堰改建；三台水轮发电机组定、转子线圈和转轮增容改造及附属设备更换；35kv并网输电线路改造等内容。1.3.1水工建筑物改造(1)尾水渠改造原设计尾水出口端与尾水渠联接处过水断面小,尾水渠渐变段渠底原设计偏高，渐变段渠底地板高程距河床高程相差1叫造成运行期尾水出流不利,水面壅高,影响机组出力。本次改造将尾水渠渐变段渠底降低O.5m,将原浆砌石全部拆除,垫背采用40cm厚砂砾,表层用30cm厚C20碎现浇，同时拆除渐变段口防倒流闸墩，尾水渠水面线降底后，增加设计水头0.5m,提高机组出力。(2)压力前池溢流堰改造原设计压力前池溢流堰顶垂直水流方向长
4、30明采用可奥型曲线，为块石碎重力式溢流坝，溢流堰顶高程2147叫溢流堰设计有排冰缺口，排冰缺口底板高程2141.57m,距溢流堰顶43cm,缺口长197cm,冬季运行时排凌排淤，正常运行时电站为了抬高前池水位，有效利用排冰缺口弃水，用木板将缺口堵塞。随着东大河上游梯级电站的陆续建成，有效地改变了下游电站冬季排冰发电的历史，本次改造将溢流堰顶高程加高到2147.15m,排冰缺口底板高程加高到2147.07m,使前池设计水头提高0.5mo采用C20碎现浇将30m长的压力前池溢流堰顶垂直增高15cm并填堵长197cm高43CnI排冰缺口。提高设计水头0.5m。不仅改造工程量小，易于实施，而且从技术
5、上是完全可行的。上述两项工程的实施,将设计水头由14.5m提高到15.5m,为机组增容改造奠定了基础。（3）引水渠道改造原渠道梯形断面采用预制砖护面，经多年运行，部分渠段预制砖护面破损严重，直接影响输水渠道的安全运行。此次改造对输水渠破损最严重的50Onl渠段进行修复（桩号0+1000+600号），跨度10.5m,原预制砖护面、渠底浆砌石全部拆除，垫背采用40cm厚砂砾石，梯形渠断面用C20碎现浇护面。1.3.2机电部分改造（1）水力机械D水轮机改造初步方案：A.在不改变流道尺寸的基础上，将原来的ZD560-LH-100转轮更换，保持转轮直径基本不变。在15.5m水头段选一个合适的转轮，对转轮
6、各部件进行优化设计，以满足电站改造需要，转轮材料采用全不锈钢。B,更换活动导叶，对固定导叶进行修型。原有导叶为老式标准翼型，从水力设计来说，固定导叶翼型与活动导叶翼型要保持一致，从而使水轮机具有较高的水力性能。由于固定导叶不能改变，所以必须设计较好的能适应原固定导叶的新活动导叶，同时保证与新设计的转轮匹配良好。2）转轮选择新型转轮的选择应满足下列条件：A转轮推荐使用水头应满足电站的工作水头；B效率应明显高于原转轮；C气蚀系数应与原转轮相接近，以满足电站实际的装机吸出高程的要求。经我院专业技术人员通过实地勘查，根据电站发电水头15.5m、单机流量5.3m7s等基础资料进行综合分析和论证，将原ZD
7、560-LH-100转轮改造为ZDJP502-LH-100新型转轮,机组效率能够达到94%,水轮机出力较原机组提高30%左右,改造后发电机组能够达到700kwo3）调速器改造方案调速器工作容量根据水轮机所需的接力器容量而选定。水轮机接力器容量根据下式计算：A=25Q(HmaxD1)05式中A-接力器的容量(kg.m);HnIaX-最大水头(m);Q-最大水头下额定出力时水轮机的流量(117s);D水轮机转轮直径(m)o依据头坝三号电站近10年内发电用水状况及下泄流量,电站增容设计水头取15.5m,设计流量取5.3m7s,系数取85%,通过计算：机组增容至700kw,机组接力器容量为523kg.
8、m,调速器选用YBWT-600型微机调速器，调速功600kg.mo(2)发电机增容改造方案1)定子线圈采用二次模压二次整形工艺，使线圈两边主绝缘均匀、密实，整体耐电压水平提高。2)转子线圈原采用B级云母带隔匝间结构，匝间绝缘不可靠，侧面散热能力差，改造后线圈采用的F级环氧玻璃坯布热压而成，具有耐温高、不易老化、匝间耐压高、散热好和粘接力强等优点。3）将定子线棒的铜线截面增大，额定负荷时定子绕组电流密度减小，定子线棒增容后较增容前温升降低；4）转子线圈铜排由四边形截面改成七边形截面，且截面积相同，同时线圈匝数增加1匝，转子散热面积增大约1倍，散热能力增大约40%,散热条件得以较大改善，使温升降低
9、；5）定子线棒股线选用不完全换位结构，使股线间的环流降到最小，股线最高温度下降；6）定子线棒、转子线圈、端箍环、极间连线、铜环引线绝缘等级均由B级提高到F级。头坝三号电站增容改造前后机电设备技术参数见表6-3o头坝三号电站曾容改造前后机电设备技术皴处取表表6-3名称改造前技术参数改造后技术参数型号主要技型号主要技术参水轮机ZD560-LH-1550kwZDJP502-LH760kw发电机SF-500-12/500kwSF-700-12/700kw发电机绕组B级F级调速器YT-600电液调YBWT-600微机电液调励磁设备KGLAF311-2相复励KWCL-1600微机机组励保护系统常规微机保护
10、系监控系统无计算机监A主要机电设备型号参数增容改造后，主要机电设备参数如下:a水轮机型号ZDJP502-LH-100设计水头15.5m设计流量5.3m7s760kw-2. 7m0=+5o1720kw额定出力吸出高度浆叶角度出力额定转速500转/分飞逸转速IlOO转/分引水形式碎壳额定效率n=94%（修正值）b调速器型号YBWT-600（微机可编程）额定容量600kgm工作油压25kg/cm2c发电机型号SF-700-12/1730额定功率875kva700kw额定电压6300V功率因数08（滞后）额定频率50Hz额定转速500转/分额定效率=95.2%（修正值）绝缘等级F/Fd励磁装置型号KW
11、CL-1600（微机可编程）1.3.4辅助设备改造（1）气系统改造原电站在设计中没有设计气系统装置，机组制动采用手动油压装置引来的压力油进行制动；调速器补气装置采用一台2v-0.6/7-A移动式空气压缩机进行补气。在长期的运行中，带来了许多不便，并存在种种安全隐患。此次在对发电机组进行增容改造的同时，恢复气系统的设计安装，供调速器油压装置充气，机组制动，检修和清扫用气。其具体方案为：安装高压和低压两个气系统。1)高压压缩空气系统高压系统工作压力为2.5Mpa0用于调速器的油压装置充气，设有VF-O.35/30型空气压缩机两台，互为备用，排气量为0.35mVmin,排气压力为3.0MPa,供压油
12、槽充气。配1.Onf高压贮气罐一个。2)低压压缩空气系统低压系统工作压力为0.8Mpa.服务对象为机组制动，维护检修中的风动工具，清扫用气等，设两台SF-I.2/8型空气压缩机，互为备用，排气量1.2m7min,排气压力为0.8Mpa,配贮气罐两个，容积为1.5m3o分别用于风动工具及清扫用气和机组制动之用。(2)虹吸进水口控制系统改造电站原设计的虹吸进水口控制系统为老式80年代产品,为纯手动操作，大部分设备已老化接近瘫痪状态，已到了非改不可的地步。电站虹吸式进水口控制主要承担以下工作任务：压力管道充水，虹吸形成和真空破坏，其设备配置及控制方式为：1）压力管道充水：设置电动蝶阀，充水时开启，同
13、时应打开虹吸体上部手动阀排气，充水完成后关闭充水阀及排气阀。2）虹吸形成：设置2台SK-1.5型真空泵，充水完毕后开启真空泵，待虹吸腔内空气排尽水体充满即形成虹吸，可开启水轮机导叶，启动机组。3）真空破坏：配置自保持电磁阀1只，在机组停机时开启自保持电磁阀，大气即进入虹吸腔内，实现快速断流。（3）压力前池拦污栅改造前池拦污栅原为2.5x3.5m三扇，上游电站未建以前，输水渠道内的杂草杂物常堵塞拦污栅，清污操作频繁，三扇拦污栅已变形，拦污栅启闭使用手动葫芦悬挂在支架悬臂梁吊环上。此次改造一是校正或加工拦污栅栅体，二是拦污栅启闭设备设计为电动葫芦。(4)水力监测系统改造为掌握机组的运行状况，电站设
14、置监视性仪表，监视有关参数，如电站上下游水位、拦污栅压差、冷却水压力、蜗壳、水轮机顶盖水压、尾水管真空度、尾水管出口水压、有效水头等。1.3.5电气工程头坝三号电站原装机3X500kw,原接入系统方式采用一回35kv线路,接入距离本电站593.2m的永昌县头坝变电所。电站增容改造后装机增至3700kw,原导线截面LGJ-70进行更换。(1)电气主接线方式原接线方式不变，详见头坝三号电站主接线下图所示:头坝三号电立占一次接线图（2）厂用电系统原厂用变压器保持不变，接线方式按下图布置:头坝三号电站厂用电接线示意图1）一次电气设备改造A主变压器改造水轮发电机组增容改造后，头坝三号电站现主变总容量(l
15、2000)kva不能满足发电机运行需要。现拟定对主变进行更换,将现容量为200OkVa的主变更换为S3150/38.52的主变，主变总容量增至3150kva0主变采用Su型变压器，它具有体积小、重量轻、损耗低、噪音低、效率高的特点，其参数如下表：S11型有载调压变压器的容量等级及性能参数表表6-4额定容三(kva)电压组合(kv)联结组标号空载损耗(kw)负载损耗(kw)空载电流(%)短路阻抗(%)高压分接%低压315038.532.51.3Ydll2.9024.60.67B高压配电设备改造a开关柜及断路器1.3kv开关柜选用中置式开关柜，开关柜具有五防功能。断路器采用手车式真空断路器，真空断
16、路器切断故障时间短，断开同时性好，手车的互换性能好，维修方便，备品备件少，绝缘强度高，火灾危险性少。选用KYN28A-12-006型。高压开关柜配置真空断路器型号为：ZN28-101,技术参数如下：额定电压：IOkv额定电流：630A额定短路开断电流：20kA动稳定电流：50kA4S热稳定电流：20kAb35kv户外高压断路器型号：ZW7-40.5/D1250额定电压：38.5kv最高电压：40.5kv额定电流：160OA额定短路开断电流：25kv额定短路关合电流：63kA操作机构：CT-IOc电流互感器发电机出口及中性点电流互感器选1.ZZBJ9-10,变比为200/5。d励磁装置励磁系统选
17、用自并激可控硅微机励磁系统，微机励磁屏选型为KWCL-1600o该装置具有自动调节单元，能就地或远方进行灭磁开关跳合、起励及励磁电压升降的操作。励磁变选型:ZL-50/L3/0.125o2)二次电气设备改造A二次设备概况电站二次保护设备陈旧落后，自动化水平低。已不能满足现代电力安全运行规范的要求。电站增容改造后采用计算机监控系统，正常运行时，水轮发电机组的开、停机；有功无功功率的调节；机组事故的自动处理；断路器、灭磁开关的自动操作；以及电站运行必需的反应设备运行状态的模拟量和开关量的信息反馈均由计算机监控系统进行处理。B计算机监控系统的配置采用计算机监控信号综合屏(BKF-WT-1600)oC
18、继电保护电站主设备和线路的继电保护按继电保护和安全自动装置技术规程(GB14285-93)进行配置，设备选用可靠性高、技术先进的微机保护。D直流系统选用150Ah,直流220v高频开关电源装置，采用阀控蓄电池，作为全站的继电保护、自动装置、操作及信号、事故照明等电源。装设一组65Ah,直流48v直流电源装置，作为全站通信系统的备用电源。计算机电源采用220v,上位机配置UPS电源一套，保证厂用电发生事故时，计算机及顺序控制装置电源不间断。3）电站自动化系统A自动化系统概述本站装机3X700kw,在电力系统中主要担负部分基荷。电站现地控制，接受电力系统的通信调度管理。为适应系统调度要求，根据国内
19、中小型水电站的运行经验及发展方向，确定本站按“少人值守”方式设计，采用以计算机监控为主的集中监控方式，配置微机监控系统。该系统主要实现功能如下：a对全厂设备实现自动监视与记录。由计算机监控系统自动完成全厂设备数据的采集、处理及设备运行状况的自动监视与记录。b对电站设备实现自动控制。根据电站运行方式要求，对电站设备进行操作或调节。c实现电站运行管理的自动化。实现运行报表的自动生成，运行操作的自动记录，电站设备参数或整定值的记录与保存，所有报表均可自动或召唤打印。d对发电机、主变、母线、线路等主设备及辅助设备进行保护与监控。B自动化系统改造改造为SJK-3000型电站微机综合自动化系统，完成和实现
20、电站机电设备数据采集、设备运行监视和控制操作、功率调节和运行管理职能。C计算机监控系统的设备配置a主控级操作员工作站1套。打印机：配置1台24针宽行打印机。UPS：配置1套UPS电源，容量为3kva,后备时间为1小时。语音报警系统：一套真人发声的中文语音装置。b单元控制级机组LCU开关站LCU及公用LCU增容改造后电站主要电气设备型号及规格见表6-5o头坝三号电站电气主要设备汇总表表6-5序名称型号及规格数单位备注1水轮机ZDJP502-LH-1003台2发电机SF-700-12/17303台3调速器YBWT-6003台4主变压器Su-3150/38.531台5励磁变ZL-50/1.3/0.1
21、253台6真空断路ZW7-40.5/D12502组7压开关KYN28A-12-00614面8计算机监BKF-WT-16003面9直流系统智能高频开关直流1套10发电机保微机型3面11主变保护微机型1面12自动保护微机型3套13励磁屏KWCL-16003面1.3.635KV输电线路改造电站35kv并网输电线路担负着本站和头坝二号电站的上网任务，所以满负荷运行期，最大承载负荷为5000kw,且线路跨越两座硅铁厂，导线已老化，铁附件锈蚀严重。改造输电线路已势在必行。从目前现状、上游断水时间、供电等综合考虑，头坝三号电站35kv输电线路改造必须在发电运行高峰期前完成，考虑各种因素的影响，拟定两套改造方案进行对比。方案一：将35kv输电线路导线由原来LGJ-70更换为LGJ-95,保持原有杆基不变，拟将横担、铁附件、拉线及底座铁件全部更换，瓷质绝缘子全部更换为树脂绝缘子。方案二：将原有35kv输电线路全部废除，重新架设,导线选用LGJ-95o根据资金状况和头坝变电所35kv设备区改造计划，拟定将35kv并网线路架设至IIokV夹河变电所。故选用方案二。1.4增容改造效益(1)提高机组效率，充分利用水能；(2)减少汛期弃水量，提高水量利用率，增加发电量；(3)改造后机组大修周期延长，检修工作时间缩短，减少了设备维护工作量，节约成本；(4)保证电站安全、稳定运行，减少事故发生。
