歐洲大型轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的增容改造

歐洲大型轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的增容改造

30噸垂直式挖掘機(jī)安裝在一輛歐洲大型機(jī)組上，最大容量為歐洲同步裝置，其次是直徑為其次的直徑。目前,機(jī)組運(yùn)行時(shí)間均已超過(guò)20萬(wàn)h。機(jī)組老化導(dǎo)致維修費(fèi)和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)加大。作為客戶的水電股份公司(前RENEL公司),與VATECH水電公司(原蘇爾茨水電公司),于1997年10月簽訂了總承包合同。對(duì)6臺(tái)機(jī)組及其輔助系統(tǒng)(調(diào)速系統(tǒng)、以及自動(dòng)控制系統(tǒng)等)進(jìn)行增容改造。單一合同將使該項(xiàng)總承包工程完成得更快,且有質(zhì)量保證。下列目標(biāo)已全部達(dá)到:(1)提高設(shè)備的可靠性和電站的利用率,延長(zhǎng)運(yùn)行壽命;(2)由于水輪機(jī)效率提高,流量增加,使電站的發(fā)電量增加約12%。更重要的是,改造后的發(fā)電質(zhì)量更高(日間/峰荷電能更多),導(dǎo)致非常好的投資率(效益/費(fèi)用比和改造機(jī)組費(fèi)用);(3)由于安裝了新的冗余自動(dòng)控制系統(tǒng)以及診斷系統(tǒng),電站日常運(yùn)行得以優(yōu)化。1工程特點(diǎn)及學(xué)校設(shè)備修建鐵門1號(hào)水電站和航運(yùn)系統(tǒng),對(duì)300km長(zhǎng)的多瑙河段的水力資源進(jìn)行了開發(fā),其中132km長(zhǎng)的河段位于羅馬尼亞——塞爾維亞邊境。在平均水文年,可開發(fā)的理論蘊(yùn)藏量為12800GW·h,其中有80%為跨國(guó)的公共部分(鐵門水電站河段多瑙河的水力蘊(yùn)藏量是歐洲最豐富的)。鐵門1號(hào)電站由羅馬尼亞和塞爾維亞共有,呈對(duì)稱布置。主要特征如下:(1)混凝土重力壩,設(shè)有整體溢洪道,壩高60m,壩頂長(zhǎng)441m。大壩位于河床中部,有14個(gè)寬度為25m壩段,由13個(gè)7m寬的隔墩將其分開,裝有14.86m高的鉤形閘門;(2)2座發(fā)電站,兩岸各一座,每座電站高74.4m,長(zhǎng)214m?？傃b機(jī)容量為2100MW。每座電站廠房裝有6臺(tái)178MW轉(zhuǎn)槳式機(jī)組,轉(zhuǎn)輪直徑為9.5m。羅馬尼亞電站的首批2臺(tái)機(jī)組于1970年投運(yùn),其余4臺(tái)機(jī)組于1971年投運(yùn)。首批3臺(tái)機(jī)組由前蘇聯(lián)公司制造(LMZ生產(chǎn)水輪機(jī),電力股份公司生產(chǎn)發(fā)電機(jī))。其余3臺(tái)機(jī)組由羅馬尼亞UCMResita公司生產(chǎn);(3)2個(gè)2級(jí)船閘,兩岸各布置一個(gè),船閘水頭34m。各有2個(gè)長(zhǎng)310m、寬34m的閘室,并裝備有3扇液壓操作檢修閘門;(4)在塞爾維亞河岸布置有一座400kV開關(guān)站,在羅馬尼亞河岸則布置有一座220kV和一座400kV開關(guān)站。2新葉片水力模型1993年以來(lái),VATECH水電公司一直在從事該項(xiàng)工程的工作。為了向客戶提出更優(yōu)的建議,該公司對(duì)幾個(gè)部位進(jìn)行了勘測(cè)和研究。1995年開始初步研究,以確定水力學(xué)改造的可能性。由于下游鐵門Ⅱ號(hào)電站于1985年投入運(yùn)行,因此,增加水頭和流量就必須修改與水輪機(jī)改造有關(guān)研究的主要輸入數(shù)據(jù)。因?yàn)椴荒軐?duì)水道進(jìn)行修改,所以只能用新轉(zhuǎn)輪葉片來(lái)改善其運(yùn)行特性,以滿足新的要求。對(duì)所有主要工作點(diǎn)采用數(shù)字(水流模擬)對(duì)現(xiàn)有轉(zhuǎn)輪進(jìn)行分析。鑒別出現(xiàn)有葉片斷面的缺點(diǎn),并與新的數(shù)值設(shè)計(jì)葉片進(jìn)行比較。找到提高效率、改善空蝕特性和最大流量的潛力。新葉片水力模型是根據(jù)水力工程師和機(jī)械工程師的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的。該設(shè)計(jì)涉及計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、機(jī)械尺寸計(jì)算及校核、模型轉(zhuǎn)輪的制作、初步試驗(yàn)、水力與機(jī)械特性評(píng)估以及模型驗(yàn)收試驗(yàn)。初步試驗(yàn)是在瑞士蘇黎世市承包商的試驗(yàn)室進(jìn)行的,驗(yàn)收試驗(yàn)則在中立的試驗(yàn)室采用同樣的模型完成。根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,采用轉(zhuǎn)輪直徑D1為308mm的模型對(duì)保證性能進(jìn)行驗(yàn)證。1998年10月,在中立的試驗(yàn)室成功進(jìn)行了模型驗(yàn)收試驗(yàn),從而結(jié)束了診斷階段的工作。由于效率和流量的增大(增大功率3%),使功率得到了提高。3發(fā)電機(jī)設(shè)備電站增容改造的目的,除了提高功率、效率和空蝕特性,還要提高主要部件(如槳葉、水輪機(jī)軸、固定導(dǎo)葉、發(fā)電機(jī)等等)的安全性。在下列前提下,采用技術(shù)方案:(1)由顧客提供運(yùn)行和維修資料;(2)原設(shè)備的詳圖;(3)承包商具有改造與更新類似設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)。至于那些只有在拆卸機(jī)組以后才能確定其狀況的零部件(如水輪機(jī)頂蓋、槳葉機(jī)構(gòu)和輔助發(fā)電機(jī)),則應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)和工廠檢查情況采用技術(shù)方案,并在拆卸之后進(jìn)行試驗(yàn)。3.1周邊機(jī)關(guān)的結(jié)構(gòu)改造VATECH水電公司采用有限元法對(duì)主要水輪機(jī)部件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算,這樣確定的設(shè)計(jì)與制造方法,能保證水輪機(jī)組在改造之后可適當(dāng)延長(zhǎng)其使用壽命。所有水輪機(jī)的槳葉換成新的。新槳葉的幾何結(jié)構(gòu)和水力斷面經(jīng)過(guò)模型試驗(yàn)。根據(jù)對(duì)旋轉(zhuǎn)軸荷載應(yīng)變測(cè)量進(jìn)行認(rèn)真分析之后,建議更換了水輪機(jī)軸。為了縮短改造工期,為第一臺(tái)機(jī)組提供了全套新轉(zhuǎn)輪,然后,將從該機(jī)組拆下的轉(zhuǎn)輪輪轂和槳葉控制機(jī)構(gòu)改造后用于第二臺(tái)機(jī)組。對(duì)其他機(jī)組以此類推。其他部件在進(jìn)行某些改進(jìn)、結(jié)構(gòu)修改和更新以后可以重新使用。水輪機(jī)的下列部件,適宜作主要結(jié)構(gòu)修改:(1)為了減小水力振動(dòng)及由此而產(chǎn)生的斷裂危險(xiǎn),對(duì)固定導(dǎo)葉出水邊進(jìn)行修改;(2)采用特殊方法(稱為移動(dòng)式車床)對(duì)轉(zhuǎn)輪室拋光、噴砂除銹、表層使用了一層不銹鋼,以及精機(jī)加工,使轉(zhuǎn)輪室和槳葉外徑之間保持必要的間隙(6mm);(3)導(dǎo)葉樞軸、控制桿、聯(lián)桿和控制環(huán)安裝新的自潤(rùn)滑軸承;(4)安裝機(jī)組高壓油頂起系統(tǒng),用于開停機(jī)時(shí)推力軸承的潤(rùn)滑,相應(yīng)改造烏金軸瓦,以及用安裝在油箱外的4個(gè)熱交換器替換軸承油箱里的20個(gè)現(xiàn)有冷卻器,用油泵進(jìn)行油循環(huán);(5)32片導(dǎo)葉安裝16個(gè)剪斷銷(每2片導(dǎo)葉用一個(gè)剪斷銷);(6)在軸承扇形體和調(diào)整螺栓之間的軸承箱中安裝球窩支架;(7)改進(jìn)主軸密封設(shè)計(jì)(同時(shí),檢修密封包括在自動(dòng)開停機(jī)順序中作為靜止密封);(8)增加加勁肋,加固水輪機(jī)頂蓋。水輪機(jī)的主要修改參數(shù)示于表1。3.2機(jī)械脈沖色譜儀器調(diào)速系統(tǒng)作了大規(guī)模的設(shè)備更新。只有油壓裝置(油箱和壓力油罐)和主配壓閥未更換。主要更新部件如下:(1)由冗余的電子液壓操作機(jī)構(gòu)替代原有的包括機(jī)械導(dǎo)葉開度限制設(shè)備的操作機(jī)構(gòu),每臺(tái)水輪機(jī)安裝2臺(tái)獨(dú)立的DTL595型電子調(diào)速器;(2)全部更換反饋裝置、所有控制參數(shù)(位置、壓力、油位、行程等等)的傳感器、閥和液壓回路測(cè)量?jī)x表;(3)更換油泵,油箱與壓力油罐的儀器;(4)用新的測(cè)速儀器替換原測(cè)速裝置,在水輪機(jī)導(dǎo)軸承上方新的水輪機(jī)軸表面安裝機(jī)械脈沖測(cè)速輪,根據(jù)機(jī)械脈沖計(jì)數(shù)測(cè)速。全部更換水輪機(jī)軸和液壓回路的測(cè)量和診斷裝置,增加監(jiān)測(cè)空蝕和振動(dòng)的診斷傳感器。3.3重新設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子鐵心發(fā)電機(jī)改造的分包商是阿爾斯通公司(原ABB)。為發(fā)電機(jī)所作的場(chǎng)地檢查,包括聯(lián)機(jī)診斷測(cè)量(局部放電、氣隙、振動(dòng))表明,必須更新發(fā)電機(jī)定子。這部分工程概述如下:(1)根據(jù)阿爾斯通公司的經(jīng)驗(yàn),按照現(xiàn)代技術(shù)和經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn),重新設(shè)計(jì)全新的定子鐵心。其外徑和內(nèi)徑尺寸有所增大,但是磁鐵心有效部分的高度不變。重新設(shè)計(jì)定子繞組,采用的標(biāo)準(zhǔn)和材料已在其他工程中證明是可靠的。(2)轉(zhuǎn)子方面,修改上支架轉(zhuǎn)子磁軛的軸向加楔,而上支架和轉(zhuǎn)子磁軛則在改造之后被重新使用。磁極鐵心阻尼繞組在進(jìn)行檢測(cè)與修理之后也被重新使用。線圈是全新的,而且根據(jù)發(fā)電機(jī)增容進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。(3)定子鐵心、定子繞組和輔助發(fā)電機(jī)磁極全部為新的。(4)發(fā)電機(jī)冷卻、消防和供暖系統(tǒng)也全部為新的。發(fā)電機(jī)的主要修改參數(shù)示于表2。3.4制室設(shè)備現(xiàn)代化改造在對(duì)總的狀態(tài)和現(xiàn)有控制系統(tǒng)情況進(jìn)行分析和研究之后,確定了該系統(tǒng)的改造方案。由于必須對(duì)控制室設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)代化改造,確保其安全性、有效性以及控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)的自診斷能力,該部分合同應(yīng)包括以下范圍:(1)冗余的自動(dòng)裝置、安全分散的控制系統(tǒng)和光纖總線系統(tǒng);(2)聯(lián)合控制系統(tǒng);(3)診斷與監(jiān)測(cè)系統(tǒng);(4)冗余保護(hù)系統(tǒng);(5)低壓配電系統(tǒng)和新電纜安裝。4主要系統(tǒng)改造結(jié)果改造工期,從合同簽訂之日(1997年10月)起共90個(gè)月(7.5a)。主要工序概括如下:(1)模型試驗(yàn);(2)生產(chǎn)新部件(槳葉、水輪機(jī)軸、發(fā)電機(jī)定子和輔助發(fā)電機(jī)的磁極繞組部件等等);(3)全部拆除機(jī)組及輔助系統(tǒng);(4)水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)所有主要構(gòu)件的檢查和試驗(yàn),最終確定所需的工程量;(5)(羅馬尼亞分包商UCMResita)用于改造所有剩余水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和輔助系統(tǒng)構(gòu)件的場(chǎng)地和車間;(6)全套防銹處理;(7)重新裝配水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和輔助系統(tǒng)(拆卸、防銹處理和重裝配工程由羅馬尼亞分包商EnergomontajSA完成);(8)投產(chǎn)和驗(yàn)收試驗(yàn)、客戶操作和維修人員培訓(xùn)。改造后的首臺(tái)機(jī)組已于2000年9月8日順利移交給客戶,第二臺(tái)機(jī)組于2001年8月14日移交。第三臺(tái)機(jī)組計(jì)劃于2002年6月移交。首批2臺(tái)改造后機(jī)組的商業(yè)運(yùn)行,證明工程質(zhì)量?jī)?yōu)良,達(dá)到了保證參數(shù)。5羅馬法5港大、固碳法5大懸索機(jī)發(fā)電機(jī)組由于VATECH水電公司在鐵門Ⅰ號(hào)電站改造和增容工程中發(fā)揮了重要作用,所以水電股份公司又與VATECH水電公司簽訂了下游鐵門Ⅱ號(hào)電站的現(xiàn)代化改造