大滩水电站水轮发电机增容改造
大滩水电站水轮发电机组运行近20年，发电机定子线圈很多部位绝缘老化。根据电站水能参数和机组实际情况，通过详细计算分析，可不改动水轮机，仅对发电机作增容改造，采用增加发电机定子线圈导线截面，绝缘采用F级；而发电机转子也不作改变出力由1000kW增至1250kW。改造后机组噪音、振动、各部温升均符合要求，投资省、时间短、发电损失少，取得了很好的经济效益。
关键词：水电站 水轮发电机 定子线圈 转子 绝缘 经济效益
中图分类号：TM312 文献标识码：A 文章编号：
大滩水电站装机2×1000kW，为坝后式，并网运行并起调峰作用。电站主要数据为：设计水头8.2m，最大水头10.5m，最小水头6.8m，设计流量为15.2m3／s，所选用的水轮机型号为ZT820－LH－200，发电机型号为SF1000－28／2600，定、转子绕组均为B级绝缘，发电机采用可控硅励磁。自1990年12月并网发电。
1、发电机改造的理由 1）机组经近20年的运行，由于热老化、电老化、机械老化等多种因素，使发电机定子线圈很多部位绝缘出现裂纹、磨损、松脆，槽楔和端部绑扎松动等现象，严重危及机组安全运行。
2）根据电站水位变化后的水能参数和机组的实际情况，通过对原水轮机详细计算分析论证，在水轮机不变的情况下，能保证发电机容量从1000kW增容到1250kW。
3）机组增容后可增加超发峰电的能力，提高峰电比例而获得更多的经济效益。
2、发电机增容改造方案
从电站实际情况和业主角度考虑，为了减短工期和尽量降低改造成本，选定的改造方案是不改变水工建筑物，不用更换水轮机。由于原来所配的辅机设备如调速器和静止可硅励磁装置有足够的余量，辅机部分也不变，所以整个方案只在改造定、转子上考虑。
2.1、发电机定子的改造
要增加水轮发电机容量，就要对定子的结构进行改造。通过计算机软件对发电机电磁参数进行多方案计算比较，首先分析在不改变定子铁芯结构尺寸的前提下其磁路基本技术参数是否满足增容的要求，按中、小容量发电机磁路技术参数要求，定子齿部磁通密度应控制在1．55T以下；轭部磁通密度应控制在1．40T以下，由电磁设计方案可知定子齿部磁通密度为1.522T，轭部磁通密度为1.32T，并且与原来磁路参数基本相同，因此可确定在不改变定子铁芯结构尺寸的情况下其磁路参数满足增容的要求。
接着重点考虑定子绕组，原定子绕组采用耐热等级为B级的环氧粉云母作为主绝缘，这种B级绝缘允许温升为80K；现增容改造时采用F级桐马环氧粉云母绝缘，F级绝缘允许温升为105K，由此可增大热负荷，从而可达到提高定子电负荷的目的。这就是说提高发电机的容量可通过提高电负荷和增加导体截面积来实现。由于原发电机定子槽内有一定空隙且原绝缘厚度稍厚，线规截面可由原来的1.9mm×3.55mm扩大到2mm×3.55mm，绝缘采用F级，定子温升由原来的41.7K增加到64.2K，而F级绝缘允许温升为105K，则定子温升的裕度有40.8K，可知温升合理，比较可靠。
2.2、发电机转子的改造
在作完定子的改造以后，还要对转子励磁绕组作分析处理。由电磁设计方案可知，转子温升由原来的55.6K增加到70.K，而B级绝缘允许温升为90K，则转子温升的裕度有20K，可知运行还是比较可靠的，因此本机的增容改造采取不改动转子结构和励磁绕组，以达更进一步减短工期和降低改造成本。但我们建议电站最好能将功率因数cosφ＝0.8（滞后）提高到cosφ＝0.85（滞后）下运行，增大有功输出，限制励磁电流过高，可进一步控制转子绕组温升。
2.3、改善水轮发电机的通风冷却系统
（1）适当加长、加宽原装风扇扇叶，增大风力，产生足量的风量风力以加强灌入两磁极之间进行散热。。
（2）改变挡风板尺寸和形状，使风路中循环空气分布更均匀合理，把冷却气流导向定子和转子需要冷却散热的部位。
2.4、彻底清洗水轮发电机其他零部件。对定子铁芯中的尘埃应进行清理，对通风冷却大有好处。清洗检查零部件的过程中发现裂纹和其他缺陷的，进行修补或更换。并做好增容改造后的整机、部件的检查和试验工作。
2.5、水轮发电机组进行增容改造后，由于机组容量增大，其电磁转矩势必增加。因此，必须对发电机的相关部件如转轴、磁轭、磁极“T”尾、机座、定子铁芯等的强度进行重新核算。经核算这些零部件的应力都在许可范围内。
3、发电机改造的工艺要点
1）考虑旧铁芯的因素，磁负荷增容前后基本保持不变，并且嵌新线圈前进行定子铁损及温升试验，利用专门工艺处理齿顶等部位局部短路点，使铁芯无短路，不增加损耗来使温升增加。
2）定子铁芯、线圈均经防电晕处理，保证了整机在国标规定的起晕电压下试验，无电晕，延长了机组的使用寿命。
3）定子线圈采用二次模压二次整形工艺，不但线圈两边主绝缘均匀、密实，整体耐电压水平提高，且线圈一致性好，有利于通风。
4）定子下线用的所有绑扎材料均采用目前大电机上采用的材料，具有绑扎牢固、通风好、不易老化等优点。
5）定、转子整机耐压试验均按新机组国标规定的要求试验，一次通过。
4、改造效益
通过改造后机组在1250kW工况下长期运行，机组噪音、振动、各部温升等均符合要求，最大出力可达1280kW。
1）改造工期短，投资省。前后改造时间只用20多天就完成。
2）改造后的机组可增加500kW的负荷能力，可减少电网高峰时对用户的限量及增强供电可靠性和调峰能力。
3）本次2台发电机等电气设备改造总计费用在60万元以内，按运行2000h计，增容共500kW，增容部分电价按0.40元／kW·h计，每年可增加发电收入40万元，只需一年多一点时间就可以收回全部投资。另外发电机、变压器等改造后，每年的大修费用和停产损失大大减少。
5、总结
从大滩电站发电机改造过程和改造后发挥效益来看，可总结有以下几点：
1）对于运行多年的水轮发电机组，要使其更好地发挥作用和提高出力，创造更好的经济效益，对其进行更新改造，使其充分发挥现有的潜力，是一个行之有效的途径。
2）机组改造有它的特殊性，在改造前必须做许多仔细的分析和测量工作，必须制订好切实可行的改造方案，这样不仅节省了投资，而且成功率高、时间短，发电损失少。
3）国内许多电站的水轮机运行情况较好，而且可超出力运行的情况多，但发电机老化严重，不能满足水机超出力运行，有的甚至只能在额定负荷以下运行。若电站改造资金紧张，可先改造发电机，产生效益后再考虑大修或改造水轮机。
4）政府有关部门应从政策上来鼓励老电站的改造，保证电站有利可图，只有这样就可使更多的老电站走出设备老化严重、事故频率高和经济效益差的困境。
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