（黔南朝阳发电有限公司贵州荔波558400）
摘要：在水库调节能力差的小水电厂，由于气候变化影响，水库来水波动较大，容易产生短时弃水现象。采用主设备增容改造、增大机组出力的方式，不仅投资大、施工周期长，而且受改造后的水库来水影响。而采用不改造机组主设备，直接利用机组超额定容量运行能力发电，则完全避开了上述缺点，仅需注意观察超额定出力运行是否对机组设备有累积性影响。在机组设计、制造本身就留有一定裕量的情况下，采用不改造主设备、机组出力超额定容量运行应是提高水能资源利用率的一种有效思路。
关键词：水电厂；超额定出力；技术分析
前言
水电作为一种传统的能源形式，具有可再生、清洁、低成本等诸多优势，水电厂长期以来受到设计发电量和实际发电量相差较大的困扰，出现此类情况的因素很多，其中的主要原因是设计时计算发电量很难将实际运行的相关情况完全考虑进去。尤其是随着气候、环境的变化，流域的水文环境情况和设计时发生了较大差异，导致电厂来水情况发生较大变化，直接影响水电厂的发电量。对于来水偏大的水电厂如何利用弃水增加发电量一直是不少水电厂非常重视和密切关注的问题。
大七孔电厂水库调节库容较小，仅有207万m3，稍有较大来水就会面临弃水，根据2009年到2017年近几年的初步统计分析，大七孔电厂水文系列年平均流量为22.1m3，现有出力的条件下，发电最大引用流量16.89m3，按照机组超额定出力10%计算，其发电最大引用流量也只有18.6m3，水库多年平均流量完全满足机组超额定出力10%运行的需要。为充分利用水能资源，尽可能减少弃水量，提高电厂的发电效益，在保证机组安全运行的前提下，适度超出额定出力运行，可取得较客观的经济效益和社会效益。
1机组运行情况
三台机组投产以来，由于大七孔高转速机组的特殊性，从设计、制造、安装、检修、运行维护方面均没有经验可以借鉴，运行中曾经发生过以下几个方面问题，如主轴密封漏水大、机组水导瓦温高以及机组振动等缺陷，特别随着机组运行时间增加，这些问题甚至影响机组能否长期持续稳定运行。
2机组检修情况
近10年对三台机组分别进行了A级和B级检修，主要处理了主轴密封漏水大、水导瓦温高、机组振动及发电机定子线圈混装隐患问题。
3机组超额定出力技术分析
大七孔电厂共有3台高转速机组，电厂总装机3×1.6万KW，在不改变水轮机参数、结构条件下能否将发电机有功功率提高到17.5MW并长期运行，依据原设计图纸和相关资料进行了初步分析计算。原发电机主要参数：额定容量18824KVA/16000KW；额定电压10500V；额定功率因数0.85（滞后）；额定转数1000r/min；飞逸转速1510r/min；转动惯量27t‐m2；推力轴承负荷71t。拟增容后主要参数：额定功率17500KW；额定容量20000KVA；额定功率因数0.875（滞后）；额定电压10500V；额定电流由1035A增至1099.7A。
3.1容量论证：发电机额定功率从16000KW提高至17500KW，相应的功率因数由原来的0.85提高至0.875后，电磁计算参数列表如下。
附表：对比计算分析数据表
从计算结果表明，定、转子电流和电密及线负荷有所增加，使定、转子温升提高约7-8℃，均在国标允许范围内且有较大裕度。主要参数如短路比、同步电抗（Xd）及瞬变电抗（Xd”）均比原设计变差。同步电抗（Xd）及短路比变化影响静态稳定运行。纵轴瞬变电抗（Xd’）变化影响动态稳定运行。上述参数值原设计就超出设计常规值。
3.2推力轴承分析：在水轮机未进行任何更改的前提下，其推力轴承总负荷为71t，按原设计轴瓦结构尺寸进行润滑性能计算分析。其主要参数如单位压力与周速乘积P•V值为763Kg.m/cm2.s超过乌金瓦应用值500，因此采用弹性塑料瓦。油温升为17.2℃在冷油温度35℃时出油边温度52.2℃<65℃油膜厚度0.07mm>0.04mm。设计采用#22透平油推力承担约80KW。从上述分析结果超额定出力运行后采用原设计能够保证安全运行。
3.3通风冷却系统简要分析：首先应用简易通风设计及对照同类型机组电厂实测风量，用经验公式推算出该机能产生总风量约14.5m2/s。若按冷却空气温升≤25℃计算，上述风量能满足超额定出力运行要求。
3.4关于发电机机械强度分析
发电机容量从18824KVA增容至20000KVA，增加6.25%。而发电机纵轴超瞬变电抗增加7.4%，可认为突然短路力矩未增加，可视为与原机相似。因而增容后对定子托块、定位筋及机座焊缝综合应力基本维持原机水平。对导轴承受单边磁拉力它与定子铁芯的直径、长度及气隙磁密有关，增容后这些参数均没有变化，故单边磁拉力不会变化。对于发电机转动部分强度而言，由于飞逸转速未变，有关部件应力也是维持原机水平。
3.5从电磁方案分析计算结果可知，在温升方面均在采用绝缘等级国标所允许温升限度范围内尚有15℃左右的余量。效率计算值维持原机水平，其他参数详见比较表。超额定出力方案是可行的。
3.6从结构强度初步分析来看，可满足超额定出力后机组安全可靠运行要求。
3.7关于机组超额定出力运行对水工建筑物影响分析
3.7.1大七孔电厂引水隧洞长5km，当机组甩负荷时对水工建筑物影响较大的是调压井至发电厂房段，而大七孔电厂调压井至发电厂房段为压力钢管衬砌段，为机组超额定出力运行提供了保障。
3.7.2从广西中试院2007年所做的大七孔电厂机组甩负荷试验可知：一台机组甩负荷或两台机组同时甩负荷对水工建筑物影响不大，三台机组带满负荷48MW运行同时甩负荷时引水隧道洞最大压力上升值为3.75MPa，小于4.17MPa许可值。
3.7.3大七孔电厂机组超铭牌出力10%运行甩负荷时引水隧道洞压力值会有所增加，对压力钢管段存在脱空的地方有一定的影响。建议对调压井至厂房洞段压力钢管存在脱空问题、焊缝锈蚀问题，要加紧落实处理方案，并及时处理。
3.7.4两台机组同时甩110%负荷对水工建筑物影响不大。电厂新增了一回110kV出线后，三台机组同时甩负荷的可能性较小。
3.7.5大七孔电厂机组超铭牌出力运行对大坝影响不大。
3.8关于机电设备超额定出力运行的分析及建议
3.8.1大七孔电厂发电机、励磁、出口开关、主变压器、开关站配电设备、输电线路等设备的相关参数能满足机组超额定出力运行。
3.8.2大七孔电厂2006年至2008年曾连续三年超铭牌有功功率约10%运行，水轮发电机组相关运行数据与机组带额定负荷运行的数据相比变化不大，能满足机组超铭牌出力运行要求。
3.8.3择机加装机组齿盘测速装置，完善机组过速保护，建议机组二级过速保护整定值设定为额定转速的143%。
3.8.4建议对调速器二段关闭装置进行重新调整试验，以确保三台机组同时甩负荷时，蜗壳压力上升率和机组转速上升率均不超过调保计算值。
3.8.5建议委托河池供电局调度中心对发电机、主变压器、线路保护等定值进行重新计算，校核。
3.9由于机组超发运行对引水隧道的安全运行影响，特别是3台机组同甩负荷工况未作过具体的论证计算，电厂在超额定出力运行期间，应注意以下几点：
3.9.1在雷雨天气，禁止机组超发运行。
3.9.2三台机组通过一条110kV输电线路送电时，恢复机组出力在额定工况下运行。
3.9.3确保发生甩负荷时，机组保持在空载状态。
4、结论
通过几方面综合分析，不对机组主设备进行改造，直接进行超额定出力运行，在国内已有少量先例，是一种比较成熟且可行的技术。遵循理论实践再实践的精神，认真总结已有的现场经验，结合大七孔电厂的实际情况，制定合理的机组运行方案，因地制宜地满足电力系统安全和机组稳定性运行的需要，提高电站的年发电量，经济效益显著。因此，大七孔电厂机组实施超额定出力运行是十分必要，也是可行的。
参考文献：
[1]谢志坚.大型轴流转桨式水轮机增容改造的可行性分析.大电机技术，2018（02）：73-76.
[2]杜小东.水轮发电机组增容改造技术分析[J].企业科技与发展，2013（09）：109-112.