英公水库一级电站发电机增容改造
英公水库一级电站机组运行近20年，电气设备严重老化。电站根据水能参数和机组实际情况，通过详细计算分析，决定对发电机作增容改造，从两个方案对比，选用增加发电机定子和转子线圈导线截面，绝缘采用F级，出力由500kW增至630kW。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。表1个。
【主题词】 小型水电站 水轮发电机 定子 转子 绝缘器件 改良措施 经济效益
英公水库一级电站位于临安市于潜镇英公潭村，距于潜镇12km，处于水库大坝下游右岸，从水库经坝内输水洞和压力钢管引水发电。电站装机2×500kW，机组为广西柳州生产，水机型号HL240－WJ－59，发电机型号为TSWN－500／8，发电机采用交流励磁机无刷励磁。设计年均发电量393万kW·h，年利用小时3930h。自1981年12月并网发电之后的实际年均上网发电量为350万kW·h，有效电量系数0．9。
1 发电机改造的理由
1）机组经近20年的运行，电气设备严重老化，如发电机定、转子线圈采用的是老式绝缘，运行年久，由于热老化、电老化、机械老化等多种因素，使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。主变损耗大，老化也较为严重。
2）英公水库防洪任务要求梅汛期控制水位为164m，溢流堰顶高程为167m，根据水库历年运行情况分析，水库汛期水位有约3个多月运行于162m～166m之间，即净水头30．5m～34．5m，而HL240－WJ－59水轮机在HP＝28m时出力就能达到500kW，在32m时可达630kW。由于受发电机出力限制，每年一半以上运行时间有大量弃水，浪费能源。
3）今后电力部门将加强对电机的调度力度，对有水库的电站将列入电力部门直接调度范围。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 发电机改造方案
2．1 发电机增容改造方案
根据电站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，我们初步提出了拟将两台500kW发电机增容到630kW的要求，并通过对有关厂家实际考察，于1999年6月委托富春江电机电器修理厂对发电机增容改造进行可行性分析，确定方案后实施改造。
通过计算机软件对发电机进行了多方案比较，认为方案一，方案二均可选择。方案一：由于老机组定子槽内有一定空隙且老绝缘厚度厚，再加上取消副绕组，线规截面由原来的1．81mm×6．4mm扩大到2mm×7．5mm比原机组增加30％，出力在600kW定子温升与原机相同。转子线圈利用旧线再另加3匝新线，其温升为76．6℃。虽费用略低些，但出力只能600kW，转子温升也偏高。方案二：定子线圈尺寸与方案一相同。绝缘采用F级，转子线圈更新为2mm×27mm。匝数增加2匝，截面增加26％，也采用F级绝缘，出力630kW时，定子温升51．1℃，转子温升66．05℃。通过综合分析，方案二单位千瓦投资少，且温升合理，比较可靠。我们选择方案二实施改造。
2．2 发电机改造要点
1）在电磁计算中，我们考虑旧铁芯的因素，磁负荷增容前后保持不变，并且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，温升符合增容改造要求。
2）热负荷随出力增加而增加，在630kW时热负荷增加22．6％，但通过扩大定子转子线规截面和采用F级绝缘，使改造后定转子绕组温升满足要求，并留有较大的裕量。
3）定子铁芯、线圈均经防电晕处理，保证了整机在国际规定的起晕电压下试验，无电晕，延长了机组的使用寿命。
4）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。
5）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。
6）定子下线用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。定子下线后采用整体浸漆工艺。
7）转子线圈对地绝缘采用上下端面90°翻边结构，有效阻止了今后机组长期运行中灰尘、油污进入铁芯与线圈之间，同时也大大增加了对地爬电距离。
8）定、转子整机耐压试验均按新机组国际规定的要求试验，一次通过。
3 其他改造
1）取消交流励磁机，采用静止可控硅励磁。
2）原1250kVA主变更新为1600kVA主变。
3）互感器、继电保护及线路改造。
4 改造效益及体会
4．1 改造效益
通过改造后机组在630kW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650kW。本次2台发电机等电气设备改造总计费用在50万元以内，按运行2000h计，增加260kW，增容部分电价按0．45元／kW·h计，每年可增加发电收入23．4万元，只需2年多一点时间就可以收回全部投资。另外发电机、变压器和励磁机等改造后，每年的大修费用和停产损失大大减少。
4．2 几点体会
从英公一级电站发电机改造过程和改造后发挥效益来看，我们最深的体会有以下几点。
1）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。
2）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。
3）电站改造必须争取多方支持，有关部门必须从政策上来鼓励老电站的改造，保证电站有利可图，特别是在新电新价政策上应给予更多的优惠。只有这样才能使许多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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