魏家堡水電站

魏家堡水電站位於眉縣北坡塬與渭河川道二級台階上，設計水頭96.2米，總裝機容量18900千瓦，利用寶雞峽塬上總乾渠向塬下灌區補水及非灌溉期棄水發電，是目前關中地區最大的水電站。
建站9年來，該站始終堅持“安全、規範、高效”原則，不斷強化內部管理，促進降耗增效，先後制定了5大類30項安全生產管理制度，建立安全管理三級網路，開展各種形式的安全教育活動，使職工思想上有安全，行動上保全全。他們還富有特色地開展了多種文明創建活動，多次被省水利廳、寶雞供電局評為“安全供用電先進單位”，2006年被省總工會、省安全生產監督管理局命名為陝西省“安康杯”競賽優勝企業，2005、2006年被水利廳授予“全省水利系統創佳評差競賽活動最佳單位”稱號，站長鄧增錄同志今年五一榮獲 “陝西省勞模”稱號。一、電站概況
魏家堡水電站位於隴海鐵路眉縣火車站東約3km寶雞峽塬上總乾渠K84 365處，是利用現有灌溉工程引、輸水設施和塬上與塬下總乾渠近百米地形落差，在確保正常灌溉的條件下引用非灌溉期棄水，以及塬上向塬下灌區補水進行發電的渠道式水力發電站。電站設計水頭95．2m，流量23．53m/s，安裝立軸式水輪發電機組3台，總裝機容量1．89萬kW，額定轉速600r/min；電站於1998年底投入運行。
二、機組技術參數及運行狀況
1．水輪機基本技術參數
魏家堡水電站水輪發電機組均為富春江
水電設備總廠生產，相關參數如表1和表2所列。
2．機組運行狀況
根據GB8564-88和設計要求，機組正常運行負荷範圍應在40%～100%。魏家堡電站從1998年底建成投運至今已運行8年，經觀察運行狀態及查閱運行資料，該站設備由於受寶雞峽灌區用水及引水設施的影響，機組長期在半負荷以下運行。加上引用水源水質較差、含沙量大等原因，導致機組各部振動、擺度嚴重超標，對機組各部位零部件造成較大的損害，曾相繼發生過水輪機頂蓋垂直振動在部分工況下嚴重超標；主軸密封支撐蓋、轉動油盒支撐架螺栓多次出現斷裂；尾水錐管出現過穿透性裂紋；導葉斷銷頻繁剪斷；機組上機架千斤頂多次出現鬆動；轉輪出口邊出現較為嚴重的裂紋；機組運行噪音較大；2#機組在2003年出現過一次2片葉片脫落現象；3台水輪機水導瓦多次嚴重損壞、大軸拉傷等現象，這一系列問題嚴重威脅了機組的安全運行。
表1水輪機技術參數表
表2發電機技術參數表
為了解決上述問題，電站先後對機組進行多次改造，進行運行試驗，通過長期觀察研究和試驗得出，機組振動擺度超標的原因，除受機組設計製造及安裝質量影響外，機組負荷範圍影響是一個較為明顯的因素。
從圖1中可以清楚地看出，當機組出力在40%，額定出力(即2800kW)以下時，各部指標均超標，而達到40%額定出力以上時，各指標均變小，尤其是上機架水平振動和頂蓋垂直振動表現比較明顯。
通常，機械設備運行時一般都有振動，只是振動大小和頻率高低各不相同。這裡所說的振動區是指超過國家標準規範的振動，但魏家堡水輪機在不同負荷下存在不同程度的振動，從各機組運行情況及對水輪機組測試結果來看，當機組負荷在2800～4000kW運行時，振動、擺度較大，水導擺度為0．3～0．85mm，頂蓋垂直振動為0．2～0．45mm(最大值發生在機組負荷為2000kW左右)。負荷大於4000kW時，機組振動明顯減小，頂蓋垂直振動均低於0．15mm，水導擺度為0．25～0．35mm，而當機組出力在2000kW左右時，頂蓋的振動值達到0．43mm，水導擺度為0．7～1．00mm。
圖1為1#～3#機組水導擺動曲線。圖2為1#～3#機組頂蓋垂直振動曲線。從圖中可以清楚地看到1300～6900kW負荷下運行時的振動區間，隨著過機水量，負荷變化而變化的情況，在額定水頭下5000kW以上負荷基本脫離廠振動區。表3是1#機組在額定水位下運行時隨負荷變化的現場記錄。從農3可見，機組運行時，其振動隨負荷的變化有一個顯明的變化，當負荷在4500kW以上時，振動範圍基本在0．15以下。可見，如果將負荷控制在4500kW以上，將大大減小機組振動範圍，提高機組效率，充分利用水能資源。
圖11#～3#機組水導擺動曲線
圖21#～3#機組頂蓋垂直振動曲線
表31#機組運行振動記錄
三、運行工況的改進
通過對機組運行各項技術指標的試驗分析可以看出，為了減小機組的振動擺度，避免在超標工況下運行對機組各部件造成損壞，除了提高對機組的檢修與維護質量外，關鍵是機組應在一定的正常負荷範圍內合理地運行。
根據以上各項試驗和計算結果，參照水輪機運行特性曲線，分別對1#～3#水輪機計算出不同流量下對應的最低出力、最高出力及最優出力，計算方法如下。
圖31#～3#機組出力限制及最優運行曲線
最低出力按相應流量水輪機效率為85%來控制，最高出力按相應流量水輪機的最大出力限制線來控制，最優出力按相應流量下的最高效率點控制。為了運行和調度的直觀性，將各出力狀況下的對應流量計算出來。相應的H(為額定不變水頭)、Q與出力N的關係為公式N=9．81QHη，為相對應的流量下水輪機的效率，從運行曲線可查得計算。
由於魏家堡水電站所處的地理位置，自發電以來，年平均來水最多只能滿足3台機組的用水要求，沒有棄水。所以我們只考慮過機流量，當流量增大後，尾水水位受流量變化而變化。針對該站機組在相同負荷下流量相差不大，且對尾水水位影響不大，故按額定水頭來考慮計算。計算出機組運行時各流量下的最小、最大、最優出力，並分別繪製出其過機流量與單機出力關係曲線的最低、最高出力限制線及最優運行曲線(見圖3)，以此來確定機組的最優區域。在機組運行時，根據不同的來水量調整機組的出力，使機組運行在穩定高效區，儘可能避開振動區域，最佳化機組運行方式，確保機組安全穩定運行。魏家堡水電站通過與電網的積極溝通，採取控制機組出力範圍的運行方式，單台機組必須在4000～6300kW範圍內。