水利工程論文-鐵門一級水電站的機組改造摘要：裝機容量1050MW的羅馬尼亞鐵門一級水電站（PortiledeFier1）正在進行更新改造，改造后可望達到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。這項現代化改造工作將有效地保證機組安全運行,延長電廠壽命,該項改造工作將持續(xù)至2007年完成。關鍵詞：鐵門一級水電站；機組；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)電和航運樞紐工程，整個樞紐工程由具有泄水閘的大壩、兩座船閘和兩座裝機容量各為1050MW（各裝設有6臺水輪發(fā)電機組）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的船閘和電站，各自負責自己的電站和船閘的操作和運行。兩座電站都裝設轉槳式水輪發(fā)電機組，并先后于1970年至1972年之間投入運行。鐵門一級電站，即羅馬尼亞一側的水電站，是擔任調峰的電廠，機組開停機頻繁大量的開機、停機次數已經超過其壽命。水輪機轉輪葉片和固定導葉已遭受嚴重的空蝕破壞并出現裂紋。30年來，機組從未從機坑吊出進行過解體大修，安全問題已經成為嚴重關注的問題。另外，其他機組部件也已經老化，電廠控制系統(tǒng)效率低下。隨著現場改造工作于1999年開始，蘇爾壽水電公司與VATech水電有限公司聯營成為該項合同的主承包商，羅馬尼亞水電有限公司（HidroelectricnS.A）成為了鐵門一級電站的業(yè)主和運行單位。對第1批3臺機組的改造工作迄今已經完成，第4臺機組經過現代化改造后可望于2003年夏天投入運行。1制訂改造計劃在1995年，VATech水電有限公司和羅馬尼亞水電有限公司進行了一項初步研究，研究的目的是通過改造能在多大程度上改善水輪機性能。采用數值流體模擬的方法對轉輪運行的每個重要工況點進行了分析，把舊轉輪葉片的斷面與用數值流體模擬方法設計出來的新轉輪進行對照，找出了舊轉輪的薄弱點，結果發(fā)現采用新轉輪可以在水輪機效率、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，對機組的現狀進行了現場調查研究。調查結果表明，水輪機主要部件上出現的裂紋大大增加了運行的風險。從安全考慮，近期對水輪機和發(fā)電機部件進行全面改造是十分必要的。通過計算機輔助分析發(fā)現，固定導葉的裂紋是由振動引起的,并且發(fā)現水輪機主軸的安全性在將來的運行中將不會得到保證。另外，VATech水電有限公司建議，配合控制和自動化系統(tǒng)的改造，所有機組都需要通過現代化改造，才能提高機組出力，增加電廠發(fā)電量。羅馬尼亞水電有限公司對發(fā)電機進行了現場調研工作，包括采用了在線監(jiān)測等測試手段，例如采用局部放電監(jiān)測，氣隙監(jiān)測和振動監(jiān)測。對這些監(jiān)測結果進行分析后,羅馬尼亞水電有限公司認為更新改造需要盡快進行。雖然發(fā)電機轉子的狀況還好，但發(fā)電機定子在定子線棒槽內的防暈保護已受到損害，劇烈的放電導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松動。2水輪機轉輪模型試驗VATech水電有限公司的水力和機械設計工程師們?yōu)?0t重的轉輪葉片研發(fā)了一種新形狀的葉片。由于這種大型葉片需要加工時間較長，所以必須盡早設計。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有條件的限制，這確實是一個特別的挑戰(zhàn)。新設計的轉輪在VATech公司在瑞士蘇黎世的水力試驗室進行。試驗內容除包括常規(guī)測試項目如效率、空化和飛逸轉速外，還測試了導葉力矩和轉輪葉片力矩。由于計劃緊迫，先進行半模擬試驗然后再進行全模擬的模型試驗。轉輪葉片是先采用計算流體動力學（CFD）進行設計，然后與受力分析相結合來決定允許的轉輪葉片力矩。這樣，VATech就可以較早的通過半模擬試驗設計出并確認最終的轉輪葉形。全模擬試驗是按合同規(guī)定的全部數據要求進行的。轉輪葉片力矩的測試結果與其計算值相一致。對力矩測量結果的分析表明，與先前實測的轉輪葉片力矩曲線相比較，可以允許工程師設計出能確保證安全運行的轉輪。模型目擊驗收試驗是在第三方的水力試驗室奧地利格拉茲市的阿斯特拉（AstyoofGraz）水力試驗臺進行的。試驗于1998年10月全部完成。試驗結果表明，在整個現在的運行區(qū)域內，與改造前相比較，改造后水輪機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,滿出力時出力會增加12%。3實施計劃鐵門一級電站現代化改造的主要內容包括：設計加工制造一個完整的新轉輪，以及6套新的轉輪葉片（5個轉輪中心體將大修）。一個完整的新轉輪將用于第一臺機組的改造，以滿足每臺機組改造用時10個月的要求。加工制造6根新的水輪機軸，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30年。加工制造新的主發(fā)電機定子和磁極繞組（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)電機的定子鐵芯，這是勵磁系統(tǒng)的一部分（由阿爾斯通提供）。加工制造新的輔助發(fā)電機的定子繞組和磁極繞組。改造和大修主廠房起重機（由羅馬尼亞水電有限公司提供）。機組完全拆卸吊出。對水輪機、發(fā)電機主要部件進行全面檢查。在現場對基礎環(huán)進行加工和刷漆。11水輪機固定導葉和頂蓋上出現的裂紋進行修復。12安裝一套高壓頂起裝置，以便推力軸承在開停機時使用。13改造和大修全部水輪機活動導葉，接力器和轉輪中心體。對其他部件全面進行檢查并恢復其工作狀態(tài)，更換無油潤滑的導葉軸套等。14改造和大修全部其他的發(fā)電機部件。15除銹防銹處理。16回裝水輪機和發(fā)電機。17重新起動、試驗全部機組。最終決定每臺機組改造工作量的大小，哪些部件需要更換，都是在現場當機組全部拆卸吊出并經過對各部件進行嚴格檢查后才作出的。水輪機的性能指標測試是按IEC有關規(guī)定進行的，并且在改造前和改造后都必須進行測試，以確認經改造后水輪機效率改進的程度。3.1控制系統(tǒng)的升級改造隨著能源市場的自由化和能源價格上漲的壓力，羅馬尼亞水電有限公司和其他歐洲的水電站業(yè)主和運行單位，主要依賴日新月異的電站控制和自動化技術來實現優(yōu)化運行，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電站的自動化和控制系統(tǒng)設備。作為預更新改造研究的一個組成部分,經過對現有系統(tǒng)情況全面的調查分析，提出了在合同簽訂以前必須明確的更新改造項目，這些項目包括：全部控制室內設備；單元控制屏；溫度測量監(jiān)控系統(tǒng)；機組低壓配電系統(tǒng)；相應的傳感器和執(zhí)行機構；磁極繞組；調速器，包括機械協(xié)聯裝置和調速器測速裝置；勵磁和調壓系統(tǒng)；電氣保護系統(tǒng)。由VATech進行設計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，與電網的接口通過雙冗余的多芯光纖工業(yè)以太網H1數據傳輸線連接，這是基于SIMATICS7和WinCC的程序控制系統(tǒng)。這個控制系統(tǒng)具有完整的控制和保護冗余功能,新的設計完全實現了業(yè)主對安全性、利用率和易操作性的愿望。3.2機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)裝設了一套范圍廣泛的機組狀態(tài)監(jiān)測和診斷系統(tǒng)，以便對機組整個運行狀態(tài)和部件進行監(jiān)控，這樣，就可以對超負載部件和