摘要：百滩堰水库大坝二期工程完成后，其蓄水高度提高了17.95m，百滩堰水库电站运行机组受容量限制，水能利用率明显下降，水力资源浪费严重，对老旧小水电站机组进行增容改造势在必行，是既节省投资，又对正常发电运行影响小的有效途径。
　　关键词：发电机；增容改造；探讨
　　随着我国经济发展和科技进步,小水电事业进入一个全新的发展阶段,过去兴建的一批老旧小水电站面对当前全新的水利水电形势和电力网络要求,进行新技术、新产品、新工艺的技术改造，增加电站容量，提高自身利用效率已成为创效的最好途径。
　　当前各地都在积极的开展对老旧水电站的增容改造，对党河流域在20世纪70～80年开发的水电站也进行了发电机组的增容改造，其中容量较大的是百滩堰水库水电站。它于1978年建成，为坝后式电站，当时坝高36.6m，取水差34m，单机引流3.90m3/s，装机1 250kw，共装机3台。采用杭州发电设备厂生产的FSW-1250/12发电机组，配属励磁机励磁，带以FS-1复励装置。
　　目前，百滩堰水库坝体加高，达到55m，电站机组水头达到54m，水压抬高19m，发电机组励磁机运转30多年，其整流子的磨损程度达到极限，这些客观条件迫使电站尽快进行技术改造。
　　电站的技术改造除水力、水工、水机、系统的增容改造外，发电机组的改造是其中重要的一环，发电机改造增容是改造中的重点和难点。它涉及到发电机主轴的承受力矩，发电机定子、转子铁芯的磁通量，定子铁芯线槽的开口容积，线圈的绝缘等级，导线的安全载流和通气条件等等，特别是励磁方式的选定和发电机的保护系统配合问题，所以发电机在原基础上的增容是一个多方位统筹考虑的问题，一旦失误就会造成严重后果。
1　考虑原机件承受荷载的余量
　　原定型的发电机组在设计各部件的承载能力时，都有一个适应范围和最大限制极限，如发电机大轴扭力承载极限，发电机壳体、机座承受振动，应力发生形变的最大程度，温升在一定条件下的最好值等。因此，必须弄清楚各个部件承载余量的多少，并要研究各部件在如何改造可以增大其承载的余量，在对各种余量的综合分析下，确定可能的增容限度。要搞清发电机各个部件承载能力的余量，最好是会同原设计部门对原参数进行详细的分析，进一步确定原部件在长期的运行中所发生的疲劳程度，即老化、脆化、弱化的程度，鉴定当前的“健康”程度，决定取舍。有了这一切，就有了设想发电机增容的基础，有了改造的目标和方向。
　　百滩堰水库电站的改造,特邀了四川省峨眉山市东电水轮机制造有限公司的代表李工一行，对上述问题一一作了分析，总的讲在原设计和改造过程中，各种参数的取值都比较保守，选型中余量比较大，这为以后的增容留下了余地，发电机增容改造是可行的。
2　充分应用最新的科技成果，科学合理的确定增加容量
　　对老发电机增容是可行的，但增容要靠新科技，新材料，新工艺。对百滩堰水库发电机的增容，首先确定的是改造不是更新，即要保留绝大部分的原件，以少量投入最大限度的增加出力。对发电机主轴的鉴定，原主轴φ220、45#碳钢材料其扭距承受安全应力能达到多少？经厂家分析鉴定安全应力可达到2 000kw，原机座号FSW-1250/12/173，承受应力可适应2 500kw机组，这些基本元件，划定了增容到2 000kw的最大轮廓线。经水能和水机增容的确定，党河电站单机出力可达1 800kw，初步确定增容到1 600kw。增容到1 600kw，发电机定子、转子、铁芯能否适应？经与生产厂家联系，对原机型钢片做试验鉴定，原设计制造中，铁芯磁通密度选择在11 000高斯。现经试验，磁通密度可达20 000高斯是安全的，不会形成磁饱和和大的磁通涡流损失。增容容量选定磁通为18 000高斯较为有利。原铁芯可增加容量至1 600kw。原发电机额定电流为146A，容量增至1 600kw后，额定电流达到174A，净增加28A，原发电机定子线圈不能适应，决定更换。铁芯线槽容积能否容纳显然是问题。为此，在更换线圈时对绝缘材料采用了新技术工艺，使用新材料替换，原线圈的绝缘为B级，原采用的是沥青胶带和BG胶对线圈导线进行缠裹和衬垫，因其比较宽厚，占用空间较大，现采用云母复合薄膜材料缠裹导线，复合绝缘纸作衬垫，占用空间较小。绝缘材料的更新不仅使绝缘等级提高到F级，而且线槽空间节约出12%，这为加大导线截面提供了条件，在同等安全载流情况下，加大了定子线圈截面，满足了增容1 600kw的需要。
　　原发电机励磁功率为22kw，属直流励磁机励磁，现改为微机自动励磁， 1 600kw的机组励磁容量28kw，励磁电流多增加出40A，考虑励磁电流增加量不大，其本身就是一个按力率调节的变化过程，在实际运行中可人为调节控制，故决定发电机转子整体保留，不作改动。但考虑到因励磁电流的增加会引起一定的热效应，采取了更换转子风叶的办法，加大转子的风叶，增加风冷的通风量，以解决温升问题，这个办法简单而易行。通过对发电机更换线圈和加改风叶的改动，使原发电机的处理达到1 600kw。
3　发电机的增容和励磁方式的配合
　　经改造定子线圈、转子风叶后，发电机本体的增容基本定型，但其励磁方式的确定仍有配合问题。原励磁机励磁方式老而且不适用，要配合综合自动化必须采用微机励磁系统，当前所采用的可控硅微机励磁属于自励型式。自励变压器接在发电机出口处，无形中在发电机出口并一负载（阻抗），形成一个旁流，这对发电机的纵联保护产生影响，如果并入的励磁变阻抗较大，旁流微小，其对纵差的影响较小，但发电机增容较大励磁变的容量较大，旁流必然会影响纵差保护的灵敏性，微机励磁一般采用IL型。励磁变的大小取决于励磁容量，励磁变原边电流大小直接形成发电机主绕组两端纵差电流互感器的差流，该容量造成差流，特别是在外界干扰下。党河电站的改造发电机增加到1 600kw，励磁容量达到26kw，励磁变的原边电流达到5.70A，占到额定电流的3.40%，这必然会引起发电机纵联差动保护的误动。为此，设想把励磁变改为相同的2台并联投运，分别接到发电机出线开关的两侧，使一部分励磁电流避开纵差保护范围。在开机初期及开始承载负荷时只投入接在发电机端口的第1台励磁变，其工作容量满足建压和低负荷期的励磁需要，当所带负荷达到一定数值时再投入接于发电机出线开关外侧的第2台励磁变相并联工作，这一部分的励磁变员边电流不在纵差范围内，保证了发电纵差的可靠。这样改动保证了纵差保护的可靠性，满足了增容对励磁的需要。
4　结语
　　在电站的增容改造中，对党河电站3台发电机实施了处理，经投运后达到了较满意的效果。
四川省峨眉山市东电水轮机制造有限公司
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