1.前言
碧口水力发电厂位于甘肃省文县碧口镇上游3公里处。电站主要任务是发电，兼有防洪、灌溉、养殖、航运等综合任务。水库正常蓄水位704m，总库容5.21亿m3。电站装机容量300MW（100MW/台×3台），设计多年平均年发电量14.64亿kW.h。
该电站工程于1976年投入运行。水轮机为原苏联HL702型，2009年已改造为高效、节能的HLA835d-LJ-419型水轮机。发电机为哈尔滨电机厂1973年生产的SF100-40/8540型，额定出力100MW。发电机运行至今已经37年，定子绕组绝缘老化程度已非常严重，绝缘的热态介损严重超标，发电机线棒防晕层受损、老化而失效，线棒表面对地电位严重超标；发电机通风损耗大，发电机磁轭整体性较差。
2改造增容项目概述
鉴于发电机存在的问题，已难以保证电站机组的长期安全运行，日常的维护检修已不能从根本解决，必须对发电机进行改造，以彻底消除安全隐患。同时由于水轮机、主变相关设备已进行技术改造，可以在改造的同时对发电机进行增容的技术革新。
3.发电机改造分析
3.1定子铁芯
原发电机由0.5mm厚的D43硅钢片叠装而成。定子铁芯内径7810mm，定子铁芯外径8540mm，定子铁芯高度2100mm。通风沟宽度10mm，通风沟数38，定子槽深186.7mm。为了验证定子铁芯是否满足改造要求，经铁损试验，原定子铁芯铁损满足技术规范要求。轭部温升、齿部温升均满足《GB/T20835-2007发电机定子铁心磁化试验导则》标准。鉴于定子铁芯各项参数满足标准要求，故在试验合格后，进行清洁、整形、紧固。
3.2定子线棒
定子槽数为324槽，原定子绕组为双层条式波绕组，2个并联支路，双Y形连接，不做改动。定子线棒的绝缘等级由B级改为F级，线棒内部由45匝铜股线增加到50匝铜股线，直线部分采用302.4°不完全换位，以减少损耗。
3.3定子测温元件
定子测温元件原安装为24支Cu50电阻型温度计，测点设计少，且有12只已损坏，无法准确反映定子线棒及铁芯温度。更换为Pt100铂电阻温度计，且采用冗余配置，每支温度计常用双测温元件，工作一个，备用一个。
改造后发电机定子线圈测点增加到42点，能全面反映定子各处的温度变化。
3.4转子磁轭叠片
发电机转子磁轭由4130张叠装组成，为螺旋形叠片，磁轭整体性较差，机组振动大，且制动环与下磁轭叠片为整体连接，不利与制动环的维修。采用层间交错叠片方式，经对转子支架打磨、修整、找圆，对磁轭重新叠片后，转子的圆整度满足设计要求。
3.5磁极
磁极对数不变，仅对磁极绕组重新绕制，绝缘等级由D级升到F级，励磁绕组电流密度有2.35A/mm2提高到2.59A/mm2。磁极阻尼环之间的软连接焊接方式改为采用预先压焊成整体的“Ω”型连接片连接。
3.6风冷系统
发电机原风冷系统为风扇结构，风摩损耗大，发电机效率降低。所以对发电机通风进行设计改造，改为风斗式结构。风斗对称安装在磁极上、下支架上，共计80个，为玻璃钢材质。
4.改造增容后的效果
4.1电磁参数
发电机额定功率从100MW增容到110MW，保持额定功率因数不变，定子绕组的电流密度增加25%，励磁绕组的电流密度增加11%，额定容量相应从117.6MVA增容到129.4MVA，增容10%。以下是发电机增容后与原机的电磁数据比较表：
4.2定子绕组绝缘
改造前槽电位高达35V，改造后最高槽电位为2.7V，平均为1V以内，远低于10V的标准。交流耐压（U试=2Ue+3kV），合格；改造前定子绕组吸收比普遍为1.8左右，最大为2.3，改造后其最小值为3.18，远大于1.6的标准值，各项参数较理想。
4.3风冷系统
发电机在额定转速运行时，测得发电机冷却总风量为87.55m3/s，大于设计冷却风量66.62m3/s，完全满足发电机增容到110MW时所需冷却风量的要求，上、下风道进风量分配对称。
4.4发电机温升
发电机在100%PN试验负荷时，视载功率为129006.1kVA，有功功率为109828.9kW，无功功率为67689.1kVAr，转子绕组热态平均铜温升为56.39K，定子绕组最高点温升为47.30K，定子铁芯最高点温升为40.30K，进风温度为32.00℃，出风温度为52.35℃。发电机各部分温升值均较低，均在允许值以内，并有较大的温升裕度。发电机可在增容改造后长期安全运行。
4.5出力特性
本次试验安排12点测试，即40、50、60、70、80、90、100、110、115、最大、95、105MW，负荷调整到预定的试验工况点后，再调节机组无功。水轮机出力，达到设计要求。
4.6机组稳定性
1号机改造增容后，在变负荷试验时测得各处的振动值，，数据如下表：
从测量数据看出，符合要求。
5.结语
碧口水电厂通过对水轮发电机有针对性的改造，取得了非常好的成功与效益，机组运转平稳，设备参数理想，截止目前已经安全运行3665h。水轮机效率比原水轮机机效率整体提高6.8％，发电机额定功率从100MW增容到110MW，增容10%。，增发电量达3300万kW•h/年，相当于年节约标煤11563吨，产生当量的2.77万吨二氧化碳减排环保效益。经济与社会效益十分显著。
参考文献：
[1]《水轮发电机组安装技术规范》（GB8564-2003）
[2]《碧口水轮发电机磁轭装配工艺守则》（0615-357）
[3]《碧口水轮发电机定子装配工艺守则》（0615-359）
作者简介：
吕德军（1972），男，甘肃文县，大专，工程师，电力系统电气设备