韓云

（貴州 貴陽 550000）

淺析水力發(fā)電廠電氣設(shè)備系統(tǒng)改造技術(shù)

韓云

（貴州 貴陽 550000）

電氣設(shè)備系統(tǒng)改造對(duì)于水力發(fā)電廠具有重大的意義，不但能夠確保電氣設(shè)備安全、高效的運(yùn)行，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)水力發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)利益的最大化。本文通過對(duì)實(shí)際案例，分析了水力發(fā)電廠電氣設(shè)備系統(tǒng)存在的問題及其改造升級(jí)的必要性，同時(shí)從電氣綜合保護(hù)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)以及高低壓開關(guān)設(shè)備等方面分析了水力發(fā)電廠電氣設(shè)備系統(tǒng)改造技術(shù)。

水力發(fā)電廠；電氣設(shè)備系統(tǒng)；改造技術(shù)

引言

電力能源對(duì)于我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展與進(jìn)步具有十分重要的影響，在保證國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展方面具有不可替代的作用。同時(shí)，科學(xué)合理的電氣設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)水力發(fā)電廠具有重要的影響，因此，需要全面做好水力發(fā)電廠電氣設(shè)備系統(tǒng)的升級(jí)改造工作。筆者結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際案例分析，就水力發(fā)電廠電氣設(shè)備系統(tǒng)改造技術(shù)進(jìn)行初步的分析與探究。

1 案例概況

某水力發(fā)電廠于1996年5月份開工，1998年7月下閘蓄水，并于同年9月開始運(yùn)營發(fā)電。設(shè)計(jì)庫容為3400m3，總裝機(jī)容量為2.5×10MW，年平均發(fā)電量約為5100kW/h。近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，多數(shù)電氣設(shè)備已經(jīng)非常落后，嚴(yán)重的影響了發(fā)電成的經(jīng)濟(jì)效益。因此，該電廠計(jì)劃對(duì)相關(guān)電氣設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造和升級(jí)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化，以創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 水力發(fā)電廠電氣設(shè)備系統(tǒng)的現(xiàn)狀

該水力發(fā)電廠運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，電氣設(shè)備面臨著老化、安全性差、技術(shù)性能低等各種問題，這不但已經(jīng)嚴(yán)重影響了水利發(fā)電廠的正常運(yùn)行，而且也阻礙了當(dāng)?shù)鼐用裆?、生產(chǎn)活動(dòng)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展等。該水力發(fā)電廠電氣設(shè)備的主要問題表現(xiàn)為：①控制系統(tǒng)陳舊、老化，安全性差，同時(shí)由于技術(shù)落后致使控制系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)小事故。②機(jī)組LCU采用工控機(jī)，其PLC產(chǎn)品較為落后，與最新控制設(shè)備之間的問題較大，同時(shí)導(dǎo)致多數(shù)功能受限。③與機(jī)組配套使用的部分自動(dòng)化元件使用時(shí)間較長(zhǎng)，其控制性能差、安全系數(shù)低。④電氣設(shè)備保護(hù)系統(tǒng)比較落后，系統(tǒng)功能不完善，尤其是系統(tǒng)外殼防護(hù)等級(jí)技術(shù)非常落后，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行淘汰更新。

3 水力發(fā)電廠電氣設(shè)備系統(tǒng)改造的必要性

對(duì)于某些水力發(fā)電廠而言，電氣設(shè)備改造工作必須引起高度重視，這在很大程度上影響著當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉ詈蜕a(chǎn)活動(dòng)。水力發(fā)電廠電氣設(shè)備系統(tǒng)改造的必要性主要表現(xiàn)兩個(gè)方面：

（1）水力發(fā)電廠能夠?qū)Φ亟?jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展過程中的影響非常明顯，如果水利發(fā)電廠停止運(yùn)營，不但會(huì)給當(dāng)?shù)卦斐删薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失，而且還會(huì)嚴(yán)重影響著當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉ詈蜕a(chǎn)活動(dòng)，同時(shí)其后續(xù)影響也難以準(zhǔn)確估量。因此，水力發(fā)電廠設(shè)備系統(tǒng)的改造升級(jí)已經(jīng)是勢(shì)在必行。

（2）隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的高新技術(shù)被廣泛應(yīng)用于水力發(fā)電廠，例如，水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和保護(hù)技術(shù)等綜合自動(dòng)化技術(shù)在部分中小型水電站實(shí)現(xiàn)了較為普遍的應(yīng)用，且取得了良好的效果。高新技術(shù)成功的投入到中小型水電站，不但實(shí)現(xiàn)了“無人值班”的目標(biāo)，而且還極大程度的提高了水電站的安全系數(shù)和可靠性，同時(shí)也成功實(shí)現(xiàn)了水電站電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化要求的遙測(cè)功能、遙信功能、遙調(diào)功能以及遙控功能。同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，綜合自動(dòng)化技術(shù)在中小型水電站中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了普遍使用。這些最新技術(shù)設(shè)備能夠在在多個(gè)廠家買到，具有性能強(qiáng)、可靠性高、性價(jià)比高等有點(diǎn)，一方面能夠滿足水利發(fā)電廠電氣設(shè)備綜合自動(dòng)化改造的技術(shù)要求，一方面還能夠解決其“五防”、開關(guān)柜產(chǎn)品的外殼防護(hù)等級(jí)高等問題。

總而言之，該水利發(fā)電廠電氣設(shè)備系統(tǒng)改造工作應(yīng)當(dāng)即可進(jìn)行。

4 水力發(fā)電廠電氣設(shè)備系統(tǒng)的改造升級(jí)

根據(jù)該水力發(fā)電廠電氣設(shè)備控制系統(tǒng)性能差、設(shè)備陳舊、安全性差以及防護(hù)等級(jí)技術(shù)落后等現(xiàn)狀，重點(diǎn)對(duì)電氣綜合保護(hù)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)以及高低壓開關(guān)設(shè)備等方面進(jìn)行升級(jí)改造。

4.1 計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)改造

該水電站由于建造年代較早，原有的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)非常落后，且相應(yīng)的技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)被淘汰。因此，本次改造的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用全分層分布形式，分為發(fā)電廠監(jiān)控層、現(xiàn)地控制層兩層，且監(jiān)控層與控制層之間采用100MB以太網(wǎng)總線，構(gòu)建可靠性極強(qiáng)的雙冗余結(jié)構(gòu)。發(fā)電廠控制層是水力發(fā)電廠的實(shí)時(shí)監(jiān)控中心，其主要功能是負(fù)責(zé)發(fā)電廠的自動(dòng)化功能、采集和處理來自現(xiàn)地控制層的數(shù)據(jù)、監(jiān)視全站設(shè)備運(yùn)行、事故和故障報(bào)警、人工干預(yù)運(yùn)行設(shè)備、修改和設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)各種參數(shù)、與現(xiàn)地控制層和發(fā)電廠管理以及水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)之間的通信?，F(xiàn)地控制層共設(shè)置3套控制單元（LCU），包括 2套機(jī)組（LCU）、1套升壓站、公用設(shè)備（LCU），其中機(jī)組（LCU）布置于主廠房發(fā)電機(jī)層機(jī)組旁邊，升壓站和公用設(shè)備（LCU）布置于中控室。改造后的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主站、升壓站及公用LCU屏布置與中控室，機(jī)組（LCU）屏布置與主廠房運(yùn)行層機(jī)組旁邊，LCU屏布置有測(cè)量發(fā)電機(jī)電流、電壓、有用功以及電能等參數(shù)的變送器和多功能電測(cè)儀表。

經(jīng)改造，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、安全系數(shù)高以及經(jīng)濟(jì)性高，不但實(shí)現(xiàn)了水電廠AGC、遠(yuǎn)方開停機(jī)以及負(fù)荷調(diào)整等目標(biāo)，符合了監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度的自動(dòng)化要求，而且還成功實(shí)現(xiàn)了機(jī)組間負(fù)荷分配的最優(yōu)化，從而提高了其安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性及水能利用率。

4.2 電氣綜合保護(hù)系統(tǒng)

電氣綜合保護(hù)系統(tǒng)改造應(yīng)當(dāng)以實(shí)現(xiàn)全微機(jī)保護(hù)為目標(biāo)。該發(fā)電廠原發(fā)電機(jī)的保護(hù)屏、主變保護(hù)屏、常用變壓器保護(hù)回路均為繼電器保護(hù)裝置，應(yīng)當(dāng)全部進(jìn)行更新；原35kV線路保護(hù)為90年代國產(chǎn)早期保護(hù)裝置，由于通信接口不一致、備件困難等，將其一起列為改造對(duì)象。

改造后的發(fā)電廠元件均使用技術(shù)先進(jìn)、安全系數(shù)高、可靠性強(qiáng)的微機(jī)元件保護(hù)裝置，且這些保護(hù)裝置具備與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信接口的功能。電氣設(shè)備微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)主要包括發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)、35kV主變壓器保護(hù)系統(tǒng)、35kV線路保護(hù)系統(tǒng)以及6kV廠用變壓器保護(hù)系統(tǒng)。其中，35kV線路保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)根據(jù)電力系統(tǒng)的要求來配置，本次改造使用的保護(hù)裝置為南瑞RCS系列新一代線路保護(hù)裝置。微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)主要由四面屏組成，布置與中控室。發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)各設(shè)置1面保護(hù)屏，屏內(nèi)配置有全套微機(jī)保護(hù)裝置以及斷路器操作繼電器箱；主變壓器設(shè)置1面保護(hù)屏，屏內(nèi)配置有35kV雙圈變壓器微機(jī)保護(hù)裝置和斷路器操作繼電器箱；二回35kV線路保護(hù)設(shè)置1面保護(hù)屏；6kV廠用變微機(jī)保護(hù)裝置布置于主變保護(hù)屏上。

4.3 電氣設(shè)備布置

主控樓位置和樓外通道根據(jù)發(fā)電廠所處地區(qū)的地形、地貌等條件來設(shè)置。主控樓建筑主體結(jié)構(gòu)、通道設(shè)置以及室內(nèi)設(shè)備布置等均按照相關(guān)規(guī)程、規(guī)范、防火要求以及建筑功能要求等進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。110kV配電裝置采用戶外集中式進(jìn)行布置，而35kV配電裝置采用屋內(nèi)開敞式進(jìn)行布置，且布置于單獨(dú)的35kV配電裝置樓。

4.4 高低壓開關(guān)柜設(shè)備的改造

將該發(fā)電廠原有的8臺(tái)GBC-35型35kV開關(guān)柜全部淘汰，改換升級(jí)為KYN型開關(guān)柜，其具有技術(shù)先進(jìn)、安全系數(shù)高、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。上述兩種柜型的設(shè)備配置、外形尺寸不符，因此，改造后的35kV開關(guān)柜共有11臺(tái)。同時(shí)，鑒于樓板原有的開孔位置，KYN型開關(guān)柜底部出線孔應(yīng)當(dāng)盡可能利用原有的樓板開孔，因此，在高低壓開關(guān)柜設(shè)備改造過程中，有針對(duì)性的對(duì)開關(guān)柜布置位置進(jìn)行了設(shè)計(jì)。5kV開關(guān)柜選擇使用KYN-40.5柜型，其主要特點(diǎn)包括：①柜體采用抗腐蝕性極強(qiáng)的敷鋁鋅板雙重折彎成型，由螺栓和拉鉚螺母連接而成，整個(gè)柜體無焊接；②由于柜體采用了復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)、空氣絕緣結(jié)構(gòu)以及最佳電場(chǎng)設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)緊致、占地??；③具備“五防”連鎖機(jī)構(gòu)和可靠的閉鎖裝置，可以避免錯(cuò)誤操作，確保設(shè)備安全以及人身安全，操作簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)；④柜體內(nèi)部配置有新型全絕緣真空斷路器，其手車進(jìn)出操作便捷。

5 結(jié)語

水力發(fā)電廠在城市社會(huì)以及整個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定以及各種生產(chǎn)活動(dòng)等方面具有極為重要的作用。因此，相關(guān)部門必須充分重視水力發(fā)電廠電氣設(shè)備系統(tǒng)的的改造升級(jí)，切實(shí)提高發(fā)電廠電氣設(shè)備系統(tǒng)的技術(shù)水平，確保發(fā)電廠能夠與時(shí)俱進(jìn)，逐步實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備系統(tǒng)自動(dòng)化，為電氣設(shè)備系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行以及發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)利益最大化提供保障。本文結(jié)合實(shí)際案例，分析了發(fā)電廠電氣設(shè)備系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其改造的重要意義，并通過分析和研究確定了本次改造的重點(diǎn)對(duì)象，以期能夠?yàn)槠渌l(fā)電廠電氣設(shè)備系統(tǒng)的改造升級(jí)提供理論依據(jù)。

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TV734

A

1004-7344（2016）18-0224-02

2016-6-1

韓 云（1983-），男，仡佬族，貴州遵義人，助理工程師，本科，主要從事工作和研究方向是水電廠電力技術(shù)方面。