四川水利２０２０ Ｎｏ ６
张晓华１，印大均２，印小军２
（１ 河北省桃林口水库管理局，河北秦皇岛，０６６４００；
２ 钛能科技股份有限公司，南京，２１１８００）
㊀㊀ʌ摘㊀要ɔ桃林口水电厂增效扩容改造是国家 十三五 计划的重点工程，目的是使电站发电效率提高㊁发电量增加㊁充分利用桃林口水库放水水能，恢复和完善电站机电设备和安全性能，桃林口电厂增效扩容改造工程主要为机电设备更换等项目㊂
㊀㊀ʌ关键词ɔ增效扩容㊀水轮发电机㊀参数㊀结构特点㊀温度标准
㊀㊀中图分类号：ＴＶ７３８ʒＴＶ７３４ ２１㊀㊀文献标识码：Ｂ㊀㊀文章编号：２０９５－１８０９（２０２０）０６－０１１８－０３
１㊀工程概况
桃林口水电厂为坝后式电厂，布置在桃林口水利工程枢纽的右岸㊂发电用水通过引水洞从水库引水至发电厂房，一管一机供水，其中压力钢管总长１１９ｍ，前１００ｍ直径为３０００ｍｍ，至厂前渐变为直径２５００ｍｍ㊂电站主厂房内装设２台立轴混流式水轮发电机组，副厂房布置在主厂房上游侧㊂桃林口水电厂发电机组于１９９８年１２月２４日开始投入运行，原发电机容量为２ˑ１００００ｋＷ，发电机型号ＳＦ１００００－２０／３２５０，由于发电机运行多年，绝缘等级低（Ｂ），绝缘老化导致发电机温度升高，冷却效果差，机组增容后绝缘㊁线圈等无法满足安全运行要求，给机组安全稳定运行造成了影响㊂原水轮发电机组效率低下㊁安全隐患多，因此，对其进行更新改造非常必要㊂ ２㊀ＳＦ１１－２０／３２５０立式水轮发电机
改造后的发电机为重庆水轮机厂，机组出力由原来的１００００ｋＷ增容至１１０００ｋＷ，发电机增容改造㊁升级绝缘等级并满足各部件温升要求及机组运行的稳定性㊂
㊀２ １㊀机组主要规规参数
额定容量：１３７５０ｋＶＡ
功率因数：０ ８（滞后）
额定功率：１１０００ｋＷ
额定电压：６３００Ｖ
额定电流：１２６０ １Ａ
频率：５０Ｈｚ
额定转速：３００ｒ／ｍｉｎ
飞逸转速：６００ ８ｒ／ｍｉｎ
相数：３
定子绕组接法：４Ｙ
额定励磁电压：１８５Ｖ
额定励磁电流：３３６Ａ
励磁方式：静止可控硅励磁
转动惯量（ＧＤ２）：ȡ１５７ｔ㊃ｍ２
旋转方向：从上向下看顺时针
㊀２ ２㊀发电机主要参数
无镜框眼镜
定子铁芯外径：３２５０ｍｍ
定子铁芯内径：２８００ｍｍ
定子铁芯长度：１１００ｍｍ
气隙：８ｍｍ
定子绕组１５ħ时的电阻：０ ０１２９Ω
３㊀改造后的发电机结构特点
水轮发电机由上机架㊁定子㊁转子㊁下机架㊁制动器管路㊁空气冷却器及测温系统组成㊂定子包
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㊀２０２０ Ｎｏ ６四川水利
括机座㊁铁芯和线圈等件㊂
㊀３ １㊀定子：机座㊁铁芯和线圈
机座外径ϕ３９００ｍｍ，高２２７０ｍｍ，用以固定铁芯及支承上机架㊂铁芯由０ ５ｍｍ厚优质低耗硅钢片冲制的扇形片叠压而成，轴向长度内分为２４段，段间有１０ｍｍ高径向通风沟２３个㊂
本机铁芯温升不超过８０Ｋ㊂定子线圈为圈式绕组，用桐马环氧粉云母热固化成形，共１９２个，接成４Ｙ，主引出线和中性引出线各３根㊂线圈表面还进行了防晕处理㊂定子线圈上下端部附近装设有灭火水管，机组火警时可自动或手动灭火㊂本机定子绝缘等级为Ｆ级，能在１４０ħ内连续正常工作㊂
旋转喷嘴㊀３ ２㊀转子：主轴㊁磁轭㊁磁极
（１）主轴：为２０ＳｉＭｎ钢锻件，滑转子套于主轴上㊂上导轴承轴颈㊁下导轴承轴颈（滑转子）及水轮机导轴承轴颈系一次组合加工，可将三档轴颈的不同轴度控制在极小范围内，为机组稳定运行 及安装时正中心创造了有利条件㊂（２）磁轭：本机磁轭为叠片磁轭，磁轭片采用拉紧螺杆固定在转子支架上，转子支架通过热套的方式固定在主轴上㊂
（３）磁极：包括铁芯㊁磁极线圈㊁上下托板等㊂铁芯用１ ５ｍｍ厚钢板冲片叠压而成，极靴上装设有纵横阻尼绕组㊂磁极线圈用扁铜带绕制，匝间垫环氧玻璃胚胶布热压固化成一整体，绝缘等级为Ｆ级，能在１５０ħ内连续正常工作，即使在飞逸时的离心力作用下，仍具有足够的绝缘介电强度㊂极间还加装了撑块，整个磁极用双Ｔ尾和斜楔固定在磁轭上㊂
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㊀３ ３㊀制动器管路
本机制动系统中装有ϕ１６０活塞式制动器４个，停机时，当转速下降到额定转速的２５％左右，可指令电磁空气阀自动进行连续制动，也可手动操作高压三路活门进行连续制动㊂制动时用压缩空气，压力约０ ７ＭＰａ，压缩空气消耗量约４Ｌ／ｓ，制动时间约２ｍｉｎ㊂机组安装完毕启动前及停机时间超过３ｄ再启动前，须顶起发电机转子帮助推力轴承形成油膜㊂顶转子时用压力油，油压约７ＭＰａ，转子顶起的高度不超过１５ｍｍ，压力油源由随机供应的高压油泵供给㊂
㊀３ ４㊀空气冷却器
空气冷却器为翅片式结构，共４个，每个由多排管身均匀嵌有散热片的冷却管组成㊂热风吹拂散热片，
热量即由管中的冷却水带走㊂冷却后风温不超过４０ħ，冷却水压０ ２ＭＰａ ０ ４ＭＰａ，冷却器的冷却水量约８５ｍ３／ｈ㊂
㊀３ ５㊀油水管路
上机架油池容量约１ ８ｍ３，下机架油池容量约０ ４ｍ３，机组总用水量约１３０ｍ３／ｈ㊂上机架㊁下机架及空气冷却器的进水管分别装有示流器，油池分别装有轴承油位信号器可供运行人员监视供水及油位情况㊂本机冷却水进水温度最高不超过２８ħ㊂
４㊀温度标准
机组在额定负载下，各部分轴承的温度不超过：
（１）推力轴承：８０ħ；
（２）上下导轴承：７５ħ㊂
机组在规定的使用条件及额定负载下，各部分绕组及集电环的最高温度不超过表１规定：㊀表１绕组及集电环允许的最高温度
测温部位测量方法允许最高温（ħ）
发电机定子绕组埋置检温计法１４０
发电机转子绕组电阻法１５０
集电环温度计法１２０
５㊀电机的启动、使用和维护
㊀５ １㊀电机的启动
（１）启动前，详细检查各部分特别是转动部分紧固件是否固牢，各轴承状况是否良好，上下油池的油面高度是否符合规定，测温元件是否装好，空气冷却器㊁油水管路㊁制动器管路是否畅通㊂（２）启动前，上下机架油池的油温不得低于１０ħ，但不得高于４０ħ，并须顶起发电机转子帮助推力轴承形成油膜㊂
（３）启动后，将转速逐渐升至额定转速的５０％，维持５ｍｉｎ １０ｍｉｎ，观察有无摩擦或撞击声，若一切正常，可逐渐升至额定转速㊂（４）启动后，注意各轴瓦温度上升速度是否均匀一致，如果某块瓦温度急剧上升，虽然未达到最大值，也必须立即停机查明发热原因并进行适当处理㊂
（５）在ＧＢ／Ｔ７８９４－２００９‘水轮发电机基本技术条件“规定的额定工况运行下，下列部位允许
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张晓华，印大均，印小军：ＳＦ１１－２０／３２５０立式水轮发电机更新改造２０２０ Ｎｏ ６
的摆度值或双幅振动量不大于：
①集电环：０ ２０ｍｍ
②上机架：０ ０６ｍｍ
③定子：０ ０３ｍｍ
④主轴法兰：０ ０５ｍｍ
㊀５ ２㊀使用㊁维护
蕲蛇酶注射液（１）在下列情况下，机组不允许启动：气动加油泵
①冷却水管堵塞或冷却水停止；
②测温装置产生故障；
③制动器及其管路产生故障；
④轴承润滑油温度低于１０ħ，高于４０ħ；
⑤集电环表面烧损未经处理㊂（２）运行中，有下列情况之一者应停机检查：
①突然撞击声，或摆度㊁振动增大；
②轴承温度突然上升或油面不正常升高或降低；
③冷却水停止㊂
（３）机组不得超铭牌额定出力运行㊂（４）机组产生飞逸后，不论飞逸时间长短，均应停机进行全面检查㊂
（５）本机推力轴承㊁上下导轴承润滑油牌号可采用Ｌ－ＴＳＡ４６透平油㊂
①各轴承每运行１５００ｈ应过滤和补充润滑油一次，每运行半年左右应更换新油；
②长时间停机再启动时，应顶起发电机转子帮助推力轴承形成油膜，转子顶起的高度不超过１５ｍｍ；
③机组运行中，油池油面可能因漏油而下降，或因冷却器漏水而增高，因此，轴承油位信号器的油面应整定至比正常油面低１０ｍｍ时发出警报信号，降至３０ｍｍ时发出停机信号；
④推力轴承和导轴承的信号温度计应整定在超过规定温度５ħ时发出警报信号，超过１０ħ时发出停机信号，并应根据一年中的季节变化进行相应调整㊂
（６）机组运行中，如发生转子两点接地，应立即出原因予以消除，以防磁拉力不平衡造成严重事故㊂
热转印墨水配方（７）定转子绕组粘附油污时，应用四氯化碳㊁甲苯或二甲苯拭净㊂如因擦试引起表面漆层脱落时，应按图纸规定重新喷涂复盖漆㊂
①机组不允许在低速下长时间运行，停机时，应在转速降至额定转速的３０％左右加以制动；②机组检修时顶起转子并锁定制动器，以防因水机导水机构漏水转动机组酿成人伤事故；③定期检查油冷却器和空气冷却器有无漏水并定期清除水管内的积垢，清扫后，试水压０ ６ＭＰａ，６０ｍｉｎ不得漏水㊂
（８）碳刷与集电环应接触良好，接触面积不得小于碳刷面积的８０％，更换碳刷时应配磨碳刷与集电环接触面㊂
（９）定期测量机组的振动和轴的摆度以及导轴承间隙，若振动量显著增大，应在空转㊁空载额定电压及满载三种情况下分别测量，以便出原因消除故障，保证机组平滑运行㊂
６㊀增效扩容效果
河北省桃林口水电厂增效扩容改造和青龙河生态修复工程于２０１６年１２月１日开工，２０１９年８月６日完工，２０１９年１２月１０日通过省水利厅组织的竣工验收㊂改造后总装机容量由２０３２０ｋＷ增容至２２４００ｋＷ，消除了原有缺陷，提高了电站安全系数和效率，１＃㊁２＃水轮机的效率分别为９２ ６６％和９３ ８４％（改造前机组的综合效率只有６６ ６％），在４６ｍ实际水头（额定水头４５ｍ）㊁流量５２ ２７ｍ３／ｓ的情况下，２台大机组合计出力２４１３０ｋＷ，超过装机容量２２０００ｋＷ的设计指标，按发电量计增效扩容能力达到２１ ２％，满足 按发电量计算的增效扩容潜力需达到２０％以上 的验收指标，符合财政部㊁水利部关于印发‘ 十三五 农村水电增效扩容改造绩效管理办法“的通知（财建 ２０１９ １４号）要求㊂
７㊀结论
桃林口电厂，大库小机组，多年调节，经济指标优良；过机水质好，无泥沙磨损问题，机组运行环境优良㊂２０１９年８月中水北方勘测设计研究有限责任公司对桃林口水电厂增效扩容改造工程的增效扩容能力进行了测试，结论为：通过机组效率试验，增效扩容改造工程实施后，水轮机组达到了设计
的目标值，为ＳＦ１１－２０／３２５０立式水轮发电机的应用提供了准确的数据，为发电机组的经济运行奠定了坚实的基础，为水电厂节能降耗提供了科学的依据㊂
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