1.梧州水利电力设计院广西梧州543000
2.梧州学院广西梧州543000
摘要：本篇论文以广西梧州市爽岛电厂增效扩容改造工程为实例，设计中采用机坑不变，发电机组采取了变异设计，在技术创新方面采用了定子线圈的热压固化成型采用内加热摸压工艺。
关键词：水电站；水轮发电机组；定子线圈
1.工程概况
爽岛电厂为东安江的梯级电站之一，目前是苍梧县电网的第一大电源。除满足苍梧县用电外，同时在电网系统中起补偿调节作用。电厂改造前总装机容量2×6000kW，采用立轴混流式机组。水轮机型号为HLA244-LJ-150，发电机型号为SF-K-6000-16/3300。水轮机最大水头49.5m，设计水头40.0m，压力水管直径2.8m。历年实际最高发电量6102万kWh，最低发电量2493万kWh，历年实际平均发电量4424.2万kWh。电厂运行以来枯水年缺水严重，而丰水年弃水现象也严重。
苍梧县爽岛电厂建成运行了20多年，电厂设备老化严重，存在诸多安全隐患，严重地危及到电站的安全运行。发电机定子线圈、转子线圈绝缘等已严重老化，前期进行水轮机改造后，发电机容量与水轮机出力已不匹配，使电厂在水量充沛时不能充分利用水资源多发电；机电设备已经陈旧落后（已淘汰产品）、性能明显下降、操作维护困难，设备故障率逐年上升；电气二次系统为常规电磁式设备，直流系统为隔镍电池直流装置，运行可靠性和自动化程度低，故障率高，维护困难，已经远远不能满足当前电网形式发展和安全运行要求；金属结构简陋且老化锈蚀严重，厂房墙壁的抹面、瓷砖大部分脱落。电厂公共安全及稳定发供电等受到较大的影响。
根据国家有关政策，爽岛电厂符合农村水电增效扩容改造项目要求，可列入改造范围。
本次改造内容：爽岛电厂增效扩容改造工程水轮发电机组采用2台HLA244-LJ-150型水轮机，配2套SF7000-16/3350型发电机组，改造后装机容量提高到2×7000kW.h
水轮发电机组及其附属设备性能参数见下表：
水轮发机组主要技术性能表
接入电力系统方式及电气主接线
接入电力系统方式：电厂维持原有接入系统方式，即以110kV电压接入苍梧县主干电网，110kV出线共2回，分别为谷塘、石桥各一回。以35kV接入就近县级电网，出线两回，分别为梨埠线、石泗电站线。
电气主接线：电气主接线维持原有方式。电气主接线为：6.3kV发电机单母线接线，母线接两台发电机组、一台110kV主变压器、一台35kV近区变压器、一台10kV厂区变压器、厂用变压器；110kV侧采用单母线接线；35kV侧采用单母线接线。
厂用变两台，一台接于6.3kV母线，一台接于35kV母线，低压400V厂用电系统采用单母线分段接线。
2.水轮发电机组改造设计
本次改造采用传统技术进行改造的发电机，因扩容需加大尺寸，或者因通风冷却方式由原来的管道通风改为密闭循环空冷器冷却，由于机坑不变，发电机采取了变异设计，改造后的发电机在上机架处有一个凸出发电机层的平台，不仅外观不美观，还存在诸多影响安全的因素。
总体结构上，在推力轴承中采用弹性托盘支撑替代替螺柱支撑，降低推力轴承高度。同时将下机架的上环板做支撑结构件，缩短了上导轴承与下导轴承的距离，提高了轴系的临界转速，以确保机组轴系的稳定性。
发电机通风冷却系统采用新型流线型玻璃钢挡风板，转子两端的风扇由传统的斗式改成离心式风扇，减少漏风，将冷风与热风分开，提高冷却效果，降低风摩损耗，降低机组的噪音。发电机采用密闭双路、端部回风通风系统，将传统的线圈端部与铁心的风路由并联改成串联，减少通风量。采用此通风系统，可大大减小发电机轴向尺寸。油冷却器采用铜铝复合翅片管制成，其冷却面积是常规的5倍，大大提高了油冷却器的冷却散热效果。
发电机在电磁设计上采用新技术、新结构达到降低铁芯损耗、轴承损耗、通风损耗等各种损耗，实现机组增效目的，使发电机的效率达到96.6%以上。
3.技术创新应用于发电机组增效扩容改造
发电机结构设计采取新材料、新技术尽量提高材料使用率、提高空间使用率，实现在保持现有发电机混凝土基础不变，上机架处无凸出平台的情况下机组的额定出力从6000kW增容到7000kW。
定子铁芯采用0.5mm高导磁率、低损耗、无时效、机械性能优良的优质冷轧薄硅钢冲片叠装而成。定子铁芯内轴向设置19道通风沟，通风沟的高度为5mm，增加定子铁心散热面积，同时，经过通风精确计算，定子铁心的风阻与整个风路系统相适宜，使气流顺畅平稳，让定子铁心充分冷却，且风摩损耗小。定子端箍和齿压板的压指采用非磁性材料，减少由端部漏磁场产生的附加损耗。同时，采用小齿压板结构，提高冲片的预紧力。
定子线圈的热压固化成型采用内加热摸压工艺，即线圈装入热压摸中，向线圈直接通电，电流的大小由PLC专用设备控制，使绝缘胶受热固化，其特点是贴近铜线的绝缘胶最先固化，绝缘层里的空气由内向外逐渐排出，使线圈绝缘层的结构密实且无气隙，从而确保定子线圈绝缘性能优良。热压摸具均采用数控加工，确保线圈绝缘层厚薄均匀。
本工程电气设备均按无油化选择，35kV断路器选用真空断路器，具有容量大、电气性能优良、安装维护方便、使用寿命长等特点，互感器选用SF6气体绝缘型或干式浇注绝缘型，绝缘水平高，性能稳定。隔离开关配置电动操作机构，可在控制室远程控制，运行操作安全方便。
根据国家“农村水电增效扩容改造”的政策，增效扩容的基本标准为发电量增加20%。爽岛电厂增效扩容工程改造后两台机组投入运行后，机组出力足、振动小、噪音低、温度低，运行情况良好。装机容量增加16.7%，设计年发电量为5783.9kW.h，发电量增加30.7%，达到国家政策的要求。根据2016年运行数据，当年发电量达8066kW.h，增效82.3%，比历年最大年发电量6102kW.h多发1964kW.h，电站的增效扩容改造非常成功，并取得较好的发电效益。
4.结论
改造后机电设备运行稳定性、设备技术性能得到有效提高，机组出力潜力增强，设备损耗有效降低，设备故障停机率将明显减少，有效提高电厂的发电能力，同时对缓解苍梧县供电紧张、推进苍梧县的经济建设、促进地方经济发展起到一定的作用。
参考文献：
[1]《水轮机》郑源鞠小明程云山编中国水利水电出版社
[2]《水力机组辅助设备》沈华秀编（第二版）
[3]《水电站电气部分》王士政主编河海大学出版社
[4]《水轮机设计手册》哈尔滨大电机研究所主编
[5]《电力工程设计手册》（第一册）西北.东北电力设计院主编
[6]《电力工程设计手册》（第二册）西北.东北电力设计院主编