广西水利电力建设集团有限公司 广西南宁 530028
摘要：目前，进口水轮发电机组企业在设备维护检修和设备备品备件上对国外生产厂家存在较大程度的依赖性，因此，对进口水轮发电机组进行国产化技术改造能大大降低运维检修成本和满足我国水电站机组设备安全运行的需要。本文介绍了梧州桂江电力有限公司京南水电厂进口水轮发电机组运行存在的问题、国产化技术改造前期工作、国产化技术改造方案及国产化技术改造后运行情况。京南水电厂进口水轮发电机组国产化技术改造后5年多的发电机运行数据显示，两台发电机定子铁芯温度比改造前下降3～6.7℃，定子绕组温度比改造前下降2.6～8.9℃，且发电机组运维检修成本显著降低，达到了机组国产化技术改造的目标，充分说明机组国产化技术改造是成功的。这一成功实践给拥有进口水轮发电机组企业开展国产化技术改造提供有利借鉴。
关键词：进口水轮发电机组；国产化；技术改造
1进口水轮发电机组介绍
梧州桂江电力有限公司京南水电厂为河床式低水头电站，于1993年9月18日开工建设，利用奥地利政府贷款从奥地利引进成套水轮发电机组，电站安装2台单机容量为34.5MW的灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量69MW，第一台机组于1997年6月投产发电，同年12月，第二台机组投产发电。发电机组由奥地利VOITH公司及ELIN公司联合提供。
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2进口水轮发电机组运行存在的问题
京南水电厂两台进口水轮发电机组在运行中主要存在以下问题：
2.1发电机组监控系统、励磁系统、电气保护等控制和保护设备
大部分电气二次设备和元器件老化严重，设备可靠性低，对机组安全运行构成严重威胁。其中监控系统设备尤其突出，系统的硬件、软件配置已不能满足机组安全运行要求，监控工作站使用的386电脑已停产多年，厂家不再生产，无法实现升级换代，监控系统备品备件的库存短缺，设备故障时没有备品更换，设备故障率逐年上升。
2.2 发电机定子存在的问题。发电机定子存在结构设计、制造工艺和现场安装工艺等方面的隐患，在结构设计方面，一是发电机定子为分瓣结构，降低了定子铁芯的整体刚度，且定子铁芯在工地组装圆度得不到保证；二是定子铁芯采用拉紧螺杆无碟簧结构，压指为薄片结构，采用24mm背拉式拉紧螺杆，强度不足，从而因铁芯片间内应力的释放、机组振动等因素影响造成定子铁芯的松动。三是定子铁芯与定子机座为固定连接结构，没有预留发电机定子铁芯热膨胀产生变形的空间，当定子铁芯因电磁感应和定子绕组损耗发热等影响产生膨胀超过一定限度时，只能通过铁芯波浪式不可逆变形来释放。
在运行方面，机组在投产后至2008年属地调调度，供电用户为电站附近高能耗企业，机组频繁起停且经常在低水头和低效率区运行，负荷的频繁变化使铁芯的温升随负荷的变化而变化，加上机组在低水头和低效率区运行，容易导致铁芯波浪式变形加剧。
综上原因，发电机组在运行中计算机监控系统、励磁系统、调速系统因设备元器件老化及系统的硬件、软件配置问题经常发生各种故障，直接影响机组安全运行；发电机定子出现铁芯压指上翘，压指端部与铁芯硅钢片出现间隙，定子绕组线棒槽口部位电晕严重,线棒表面酥化，绝缘损坏，从而导致两台发电机曾发生定子接地故障和发电机定子AC相短路接地事故。
3 进口水轮发电机组国产化技术改造前期工作
京南水电厂两台进口水轮发电机组及控制、保护设备是全套进口产品，由于国外厂家在发电机组及控制、保护设备上设计理念与我国不同，要确保机组国产化技术改造顺利完成，必须吃透原设备的设计理念和工作原理、控制逻辑等，认真研究机组技术改造方案是否与其它未改造设备紧密配合？这将是决定机组国产化技术改造能否成功的关键。为此，我们从以下几方面做好技术改造前期准备工作：
3.1由主管上级牵头组成京南水电厂进口水轮发电机组国产化改造技术专家组（简称机组改造技术专家组），到国内发电机制造厂家考察，机组改造技术专家组先后考察了哈尔宾电机有限公司、东方电机股份有限公司、杭州江河水电科技公司、杭州东芝水电公司等国内知名发电机制造厂家，并邀请参加京南水电厂进口水轮发电机组国产化技术改造研究；到国内同类型的湖北王甫洲电厂、湖南南津渡电厂进行考察调研，了解他们进行部分设备技术改造的成功经验和存在的不足，汲取他们的经验教训。
3.2 对机组监控、励磁、调速系统设备的图纸、技术资料进行收集、整理、分析，吃透原设备的设计理念和工作原理、控制逻辑，参考国内同类型电厂在机组监控、励磁、调速系统设备改造方案，对机组监控、励磁、调速系统设备改造可行性进行充分论证，并在此基础上制订项目的初步设计方案，组织项目初步设计论证，修改完善设备改造方案。
3.3 组织设计院代表、机组改造技术专家对参与京南水电厂发电机定子国产化技术改造的方案进行论证。
3.4委托广西水利电力勘测设计研究院对发电机定子，以及机组监控、励磁、调速系统改造方案进行设计。
3.5 鉴于机组监控、励磁、调速系统改造牵涉到设备之间相互衔接，需要增加各厂家相互之间的协调、配合，因此，在设备招标后，综合各投标厂家的设备制造及安装调试方面的经验、能力，经机组改造技术专家组研究决定，选择一家在监控、励磁、调速三大系统均具有制造、安装、调试能力的公司负责，并确定整个电站监控、励磁、调速三大系统改造工作在一个检修期内完成，避免新、旧两套系统同时运行发生运行人员误操作事故。
3.6组织编制京南水电厂发电机组技术改造实施方案，邀请设计院、发电机制造厂家和监控、励磁、调速系统设备厂家代表及机组改造技术专家对改造实施方案进行论证，确保发电机组改造顺利完成。
4 进口水轮发电机组国产化技术改造方案
4.1 调速系统改造方案
对京南水电厂两台机组调速系统的电气控制部分和控制阀装置部分进行改造。更新改造设备应满足《梧州桂江电力有限公司京南水电厂调速系统技术改造招标文件》的技术要求，设备水平达到国内同类设备先进水平；调速系统技术改造重点解决问题是改造后新设备与电站原调速系统未改动设备的完美链接，与其他系统的完美链接，不影响电站的整体安全运行。
4.2 励磁系统改造方案
对京南水电厂两台机组励磁系统的励磁调节器、功率柜进行改造，保留原灭磁开关柜，励磁系统增加电制动功能。更新改造设备应满足《梧州桂江电力有限公司京南水电厂励磁系统技术改造招标文件》的技术要求，设备水平达到国内同类设备先进水平。
4.3 监控系统改造方案
对机组计算机监控系统进行全面改造，包括计算机监控系统所需的全部硬件、软件、柜体和构成监控完整系统所必须的辅助设备。更新改造设备应满足《梧州桂江电力有限公司京南水电厂计算机监控系统技术改造招标文件》的技术要求，设备水平达到国内同类设备先进水平；改造后应与原电站其他系统、改造的励磁系统和调速系统完美链接，不影响电站的整体安全运行。
4.4 发电机定子改造方案
整体更换发电机定子铁芯和线棒。更新改造设备应满足《梧州桂江电力有限公司京南水电厂发电机定子技术改造招标文件》的技术要求，设备水平达到国内同类设备先进水平；发电机定子改造是京南水电厂进口水轮发电机组国产化技术改造的重中之重，除了要解决更换后的定子机座与原有设备的配合问题外，更要消除原发电机存在的突出问题，要从设计、制造、安装工艺上解决原发电机在运行中暴露的问题，具体方案如下：
4.4.1优化电磁方案
原发电机热负荷、电密度等设计参数较高，发电机定子铁芯、定子绕组运行温度较高；改造方案要求在设计上对定子铁芯和线棒的设计要综合考虑改善线棒和铁芯温度，因此，对发电机热负荷、电密度等设计参数进行调整，增大线棒有效面积，从而降低定子的设计温度。
4.4.2 优化结构方案
4.4.2.1采用定子整体结构
采用定子整体结构，保证发电机定子的刚度和圆度，并选择在电站现场进行定子整体叠压，保证定子铁芯的叠压质量。
4.4.2.2铁芯采用双鸽尾筋全浮动结构
铁芯采用双鸽尾筋全浮动结构，鸽尾筋与机座托块间保留足够的热膨胀间隙，确保在铁芯热胀变形的时候有一定空间释放，保证铁芯热胀变形和复位。铁芯双鸽尾筋结构见图一。
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4.4.2.3铁芯压紧采用复合压板结构
铁芯压紧采用复合压板结构，穿心螺杆加碟簧压紧，并且加宽压指。在设计上提高定子冲片片间压力，穿芯螺杆上端的碟形弹簧有一定压缩量，保证定子铁芯在长期运行中不会发生松动。铁芯压紧结构见图二。
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在工艺措施上，对定子铁芯实行分段叠压、预压，然后进行总体加压；在进行发电机定子铁损试验后，再用力矩板手对整个定子铁芯的穿心螺杆把紧一次，并将铁芯两端的铁芯段冲片刷胶粘在一起，确保整个发电机定子铁芯装压质量。
4.4.3 优化绝缘系统
发电机定子线棒采用VPI绝缘系统，线棒绝缘采用F级，同时线槽内采用槽衬结构，并在槽口采用波纹板紧固，保证线棒在槽内不松动。
5 机组国产化技术改造前后运行情况
京南水电厂两台进口水轮发电机组国产化技术改造后，分别于2014年4月、2015年3月投入运行，改造后运行5年多，在各种运行工况下两台发电机组均运行稳定。现将两台进口水轮发电机组国产化技术改造前后发电机的运行数据归纳整理如下表：
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从表中可知，京南水电厂两台进口水轮发电机组国产化技术改造后在15.0MW、25.0MW、34.5MW负荷时发电机铁芯、定子绕组温度比改造前均有一定程度下降，两台发电机铁芯温度下降3～6.7℃，定子绕组温度下降2.6～8.9℃，达到了机组国产化技术改造的目标，说明机组国产化技术改造是成功的。
6 结束语
梧州桂江电力有限公司京南水电厂两台进口水轮发电机组经国产化技术改造更换发电机定子及对机组计算机监控、励磁、调速系统改造后，投入系统运行5年多，在各种运行工况下两台发电机组均运行稳定，发电机铁芯、定子绕组温度比改造前均有一定程度下降，两台发电机铁芯温度下降3～6.7℃，定子绕组温度下降2.6～8.9℃，机组运维检修成本显著降低，达到机组国产化技术改造的目标，证明机组国产化技术改造是成功的。
参考文献：
（1）梧州桂江电力有限公司京南水电厂发电机定子技术改造招标文件
（2）梧州桂江电力有限公司京南水电厂计算机监控、励磁、调速系统技术改造招标文件
作者简介：蒙渭文（1965-）Mengweiwen，男，本科，工程师，广西水利电力建设集团有限公司安全监察部主任，主要从事水电站运维检修和安全监督管理工作，曾任梧州桂江电力有限公司总经理，组织实施了京南水电厂两台进口水轮发电机组国产化技术改造工作。联系方式：通信地址：广西南宁市青秀区民族大道135号水电大厦，E-mail:1060960285@qq.com，手机18077788941。