劉 承

（陜西省水利廳，西安 710004）

1 電站概況

龍頭山水電站位于陜西省安康市漢濱區(qū)新城辦事處境內(nèi)的黃洋河干流上，距安康城區(qū)約7.5km，是在原水輪泵站基礎(chǔ)上改建的。原水輪泵站建于60年代末，除抽水灌溉外，兼有發(fā)電和農(nóng)副業(yè)加工等，因年久失修，八十年代已經(jīng)報(bào)廢，后改建為龍頭山水電站。

龍頭山水電站為引水徑流式電站，由取水樞紐、引水建筑物和廠區(qū)建筑物等組成。電站改造前設(shè)計(jì)水頭6.5m，裝機(jī)容量600kW，多年平均發(fā)電量?jī)H有150萬(wàn)kW·h，工程總投資456萬(wàn)元。

2 電站存在問(wèn)題

該電站建于90年代初期，由于當(dāng)時(shí)水電站建設(shè)資金限制，加之水輪發(fā)電機(jī)組和自動(dòng)化設(shè)備的生產(chǎn)水平較低，致使電站設(shè)備相對(duì)比較落后，自動(dòng)化程度不高，電站在近二十年來(lái)的運(yùn)行中，經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題，影響了電站的正常發(fā)電和效益。主要問(wèn)題如下：

(1) 高低壓配電、測(cè)量、控制、保護(hù)等盤柜老化，元器件破損，性能落后，加之兩次被洪水淹沒(méi)浸泡，雖然經(jīng)過(guò)維修恢復(fù)，但仍存在著嚴(yán)重的安全隱患。

(2) 保護(hù)裝置可靠性差，導(dǎo)致開關(guān)誤跳，對(duì)電網(wǎng)形成沖擊，威脅機(jī)組安全。

(3) 勵(lì)磁設(shè)備調(diào)節(jié)性能差，易引起振蕩，機(jī)組并網(wǎng)困難。

(4) 原水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速器設(shè)計(jì)為彈簧儲(chǔ)能調(diào)速器，由于該調(diào)速器制造工藝不過(guò)關(guān)，運(yùn)行過(guò)程的故障率太高，加之機(jī)械老化，平時(shí)開、關(guān)機(jī)已十分困難，已失去自動(dòng)關(guān)機(jī)功能。調(diào)速器不能可靠地自動(dòng)關(guān)閉易出現(xiàn)機(jī)組飛逸，對(duì)人身和設(shè)備安全構(gòu)成很大威脅。

(5) 沒(méi)有直流電源，當(dāng)系統(tǒng)或機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)裝置和開關(guān)設(shè)備不能可靠的動(dòng)作，對(duì)設(shè)備和運(yùn)行人員的安全有一定的威脅。

（6）現(xiàn)運(yùn)行的GG-1A型高壓開關(guān)柜、PGL-1系列低壓配電屏以及戶外DW多油開關(guān)等設(shè)備是電力行業(yè)明文規(guī)定的淘汰產(chǎn)品，設(shè)備隱患多。

（7）S7變壓器為高耗能產(chǎn)品，按電力行業(yè)規(guī)定應(yīng)淘汰更新。

（8）水輪機(jī)運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，機(jī)械老化，轉(zhuǎn)輪磨損加上氣蝕，效率差，機(jī)殼表面銹蝕嚴(yán)重，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)嚴(yán)重漏水，機(jī)組關(guān)閉不嚴(yán)。

（9）電站建設(shè)時(shí)間較早，未考慮生態(tài)流量下泄。

3 電站改造內(nèi)容

3.1 規(guī)模的確定

根據(jù)水文資料分析計(jì)算，電站動(dòng)能指標(biāo)及裝機(jī)方案如下：

(1) 裝機(jī)容量960kW：多年平均發(fā)電量330萬(wàn)kW·h，年利用小時(shí)數(shù)3438h。

(2) 裝機(jī)容量750kW：多年平均發(fā)電量301萬(wàn)kW·h，年利用小時(shí)數(shù)4013h。

(3) 裝機(jī)容量600kW：多年平均發(fā)電量275萬(wàn)kW·h，年利用小時(shí)數(shù)4583h。

按照水能計(jì)算成果提供的三個(gè)裝機(jī)容量方案進(jìn)行比較，電站的裝機(jī)規(guī)模最大可確定在960kW，但由于本次改造是在原水工建筑物基本不變的情況下增效擴(kuò)容更新改造，受到水工建筑物現(xiàn)狀的限制，增加機(jī)組臺(tái)數(shù)和加大機(jī)組尺寸可能增加較大投資，因此，本次改造按照原有機(jī)組進(jìn)水室尺寸，以及機(jī)組基礎(chǔ)尺寸不做大改動(dòng)的情況下，選擇新的、高效率的機(jī)型來(lái)提高裝機(jī)容量和發(fā)電效益。

通過(guò)對(duì)原有機(jī)組、基礎(chǔ)尺寸進(jìn)行量測(cè)，并和生產(chǎn)廠家多次磋商，并征得業(yè)主同意，改造確定裝機(jī)容量為750kW（3×250）。裝機(jī)容量增加后的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為：80%保證出力137kW，裝機(jī)容量750kW，年發(fā)電量301萬(wàn)kW·h，年利用小時(shí)數(shù)4013h。

3.2 機(jī)型的確定

為了盡可能利用原機(jī)組基礎(chǔ)，減少水工投資，通過(guò)和機(jī)組生產(chǎn)廠家現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)電站廠房和原有機(jī)組基礎(chǔ)的尺寸，進(jìn)行了嚴(yán)格的選型比較，結(jié)合電站設(shè)計(jì)參數(shù)，以及確定的裝機(jī)規(guī)模和臺(tái)數(shù)，最終確定水輪發(fā)電機(jī)組為ZDT03-LM-100型水輪機(jī)配套SF250-14/990型發(fā)電機(jī)。電站選擇微機(jī)可控硅勵(lì)磁勵(lì)磁方式和BWT-600型調(diào)速器。

表1 電站機(jī)組參數(shù)

3.3 電站監(jiān)控系統(tǒng)

為提高電站自動(dòng)化程度和可靠性，提高管理水平和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益，減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，便于系統(tǒng)的調(diào)度管理，本次監(jiān)控系統(tǒng)按照無(wú)人值班，少人值守設(shè)計(jì)，電站監(jiān)控系統(tǒng)選用計(jì)算機(jī)監(jiān)控，采用中控室集中監(jiān)控方式。

微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線加工業(yè)以太網(wǎng)模式。系統(tǒng)采用分層分布結(jié)構(gòu)，由上位機(jī)、現(xiàn)地控制單元（LCU）、連接網(wǎng)絡(luò)組成，提供對(duì)機(jī)組、升壓站、公用設(shè)備的監(jiān)控保護(hù)。

為保證監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)采用一套上位機(jī)主機(jī)系統(tǒng)。電站設(shè)4套現(xiàn)地控制單元（LCU），其中機(jī)組LCU設(shè)3套，升壓站、公用設(shè)備1套。電站監(jiān)測(cè)、控制可以在機(jī)旁LCU屏進(jìn)行各種操作，亦可在中控室上位機(jī)完成各種監(jiān)控及操作。系統(tǒng)可自動(dòng)完成水電站運(yùn)行工況的數(shù)據(jù)采集與處理，實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)，進(jìn)行電量累加，自動(dòng)生成各種報(bào)表、曲線，定時(shí)打印，進(jìn)行運(yùn)行統(tǒng)計(jì)和生產(chǎn)管理。

電站采用微機(jī)保護(hù),水輪機(jī)及電站公用部分均采用LCU進(jìn)行程序控制。微機(jī)信號(hào)系統(tǒng)依據(jù)運(yùn)行狀態(tài)以及故障、事故的性質(zhì)，設(shè)信號(hào)顯示及報(bào)警系統(tǒng)，同時(shí)可根據(jù)實(shí)時(shí)記錄、事故追憶功能進(jìn)行事故處理。

3.4 二次接線

電站電氣測(cè)量采用5A，100V制式，測(cè)量?jī)x表按照“電氣測(cè)量?jī)x表規(guī)程”的要求配置。全廠電氣測(cè)量采用5A、100V制式，電站出口計(jì)量電流、電壓互感器采用0.2級(jí)，電能計(jì)量選用電子式電度表，帶通信接口。

電站設(shè)三套同期系統(tǒng)，采用微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期輔以手動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，實(shí)現(xiàn)同期合閘。發(fā)電機(jī)出口設(shè)置同期點(diǎn)。

電站操作電源采用直流220V。本階段直流系統(tǒng)初選為智能高頻開關(guān)免維護(hù)鉛酸直流電源成套設(shè)備，蓄電池額定容量100AH。為保證微機(jī)工作電源，計(jì)算機(jī)配置一臺(tái)1KVA的UPS。

4 改造效果

(1) 消除了電站安全隱患。電站遭受2005年、2010年兩次洪災(zāi)后，所有機(jī)電設(shè)備被洪水浸泡，經(jīng)兩次修復(fù)后繼續(xù)使用，電氣設(shè)備絕緣水平急劇下降，嚴(yán)重影響了電站的安全生產(chǎn)。通過(guò)此次增效擴(kuò)容改造，電站更換了電氣設(shè)備，并對(duì)廠房防洪墻進(jìn)行了改建，徹底消除了安全隱患。

(2) 保護(hù)了河流生態(tài)環(huán)境。在研究確定電站改造方案過(guò)程中，經(jīng)過(guò)多次研究和論證，實(shí)施了在大壩維修加固過(guò)程中打通原有的施工孔洞，增設(shè)兩孔無(wú)控制的生態(tài)泄流孔的方案，按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定下泄生態(tài)流量，確保了河流生態(tài)基流。

(3) 確保周邊群眾灌溉用水。龍頭山水電站建成以來(lái)，水電站一直為安康市新城街道辦大樹嶺村300多畝稻田無(wú)償供水。過(guò)去電站設(shè)備常出問(wèn)題，灌溉用水常受影響，改造完成后，群眾灌溉用水得到了保證。

5 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)村水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造是通過(guò)對(duì)現(xiàn)有水能資源的再配置和合理有效利用，達(dá)到消除安全隱患、提高發(fā)電效益、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和惠及當(dāng)?shù)厝罕姷哪康?。電站更新改造，不是?duì)原有設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的更換，而是一個(gè)再創(chuàng)造的過(guò)程，改造方案需根據(jù)環(huán)境的變化和電站具體情況，特別是裝機(jī)規(guī)模和機(jī)組選型受到現(xiàn)有引水系統(tǒng)過(guò)流能力和建筑物尺寸等諸多邊界條件的限制，進(jìn)行綜合分析和研究。

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