曾 敏（華自科技股份有限公司，湖南 長沙 410205）

安村水電站增效擴(kuò)容工程改造

曾 敏
（華自科技股份有限公司，湖南 長沙 410205）

結(jié)合農(nóng)村水電站增效擴(kuò)容改造的背景，對安村水電站調(diào)速器、勵(lì)磁、監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)裝置、直流系統(tǒng)的改造進(jìn)行了詳細(xì)介紹。圖8幅。

水電站；增效擴(kuò)容；技術(shù)改造

0　引 言

根據(jù)全國農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造專項(xiàng)計(jì)劃，將對1995年以前建成的老舊小型水電站進(jìn)行技術(shù)改造，任務(wù)十分艱巨。由于這些農(nóng)村水電站建成時(shí)間長，設(shè)備老化，效能逐年衰減，不僅浪費(fèi)水能資源，影響河流生態(tài)環(huán)境，還帶來安全隱患。增容改造將有效改善電站周邊生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)村生產(chǎn)、生活方式轉(zhuǎn)變，有利于加快城鄉(xiāng)一體化建設(shè)步伐。

1　工程概況

安村水利水電工程是1座中型工程，位于江西省遂川縣南支 （左溪河）上游湯湖鄉(xiāng)白土村 ，距縣城68 km，是縣內(nèi)最大的國有骨干電站，電站以發(fā)電為主，兼有防洪、養(yǎng)殖、灌溉等綜合效益。其主要建筑物按3級(jí)設(shè)計(jì)，次要建筑物按4級(jí)設(shè)計(jì)，臨時(shí)建筑物按5級(jí)設(shè)計(jì)，壩址以上集水面積135 km2，多年平均降水量1 743.7mm，多年平均來水量1.498億m3，多年平均流量4.75 m3/s。水庫正常蓄水位與設(shè)計(jì)洪水位 （P=2%）相同，均為430.00 m，校核洪水位 （P=0.2%）430.90 m，死水位406 m，總庫容1 965萬 m3，有效庫容1 420萬m3，死庫容465萬m3，為年調(diào)節(jié)水庫。設(shè)計(jì)洪水時(shí)最大泄洪流量671 m3/s，校核洪水時(shí)最大泄洪量935 m3/s。

工程主要建筑物有攔河壩、引水隧洞、發(fā)電廠房、升壓站，攔河壩為混凝土砌塊石雙曲拱壩 ，最大壩高67.0 m，發(fā)電引水隧洞布于左岸，全長3 506 m。電站引用流量13.2 m3/s，裝機(jī)容量3×4 MW，保證出力2.104 MW，年利用小時(shí)數(shù)3 008.3 h，多年平均電能3 610萬kW·h。

近年來，由于機(jī)組性能降低、氣蝕嚴(yán)重、故障增多、發(fā)電機(jī)絕緣等級(jí)低導(dǎo)致機(jī)組限出力運(yùn)行，造成棄水和電能損耗大。電站采用常規(guī)繼電器組成的保護(hù)和控制，接線復(fù)雜，繼電器運(yùn)行多年后不穩(wěn)定，常發(fā)生接點(diǎn)誤動(dòng)作。采用手動(dòng)準(zhǔn)同期裝置 ，控制自動(dòng)化程度不高；線路老化嚴(yán)重。多年來，主要機(jī)電設(shè)備大多未進(jìn)行技術(shù)改造，均存在不同程度的老化、損壞，效率下降嚴(yán)重，存在安全隱患，不能滿足電站高效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行要求。

2　改造設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電站為引水式年調(diào)節(jié)電站，裝有3臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)出口電壓6.3 kV，電氣主接線采用二機(jī)一變擴(kuò)大單元和發(fā)變組接線方式，6.3 kV母線分段運(yùn)行。2臺(tái) （1號(hào)主變?nèi)萘繛? 000 kVA，2號(hào)主變?nèi)萘繛?0 000 kVA）電壓變比均為121 kV/ 38.5 kV/6.3 kV的3圈變壓器。電站以1回110 kV出線到遂川縣城，1回35 kV出線到左安，1回35 kV備用線路，4回10 kV線路分別為大壩、湯湖、高坪以及備用供電。6.3 kV配電設(shè)備均為戶內(nèi)配電裝置，高壓開關(guān)柜型號(hào)為KYN28A型。110、35、10 kV配電設(shè)備為戶外配電裝置，安裝于戶外升壓站。2臺(tái)廠用變壓器 （型號(hào)為S11—200 kVA）分別接至6.3 kV兩段母線上，0.4 kV廠用低壓開關(guān)屏和機(jī)旁動(dòng)力屏為MNS型。

本次增效擴(kuò)容改造機(jī)組臺(tái)數(shù)不變 ，裝機(jī)容量擴(kuò)容到4 200 kW，年利用小時(shí)數(shù)增加到3 162.5 h，多年平均電能增加到3 795萬kW·h。機(jī)組調(diào)速器改造為微機(jī)調(diào)速裝置，勵(lì)磁系統(tǒng)改造為微機(jī)勵(lì)磁。監(jiān)控方面改造為微機(jī)監(jiān)控，常規(guī)繼電器保護(hù)改為微機(jī)保護(hù)裝置，硅整流電容儲(chǔ)能直流系統(tǒng)改造為高頻開關(guān)直流系統(tǒng)。

2.1調(diào)速器改造

原調(diào)速器系統(tǒng)只能進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié) ，無法滿足機(jī)組自動(dòng)化控制的需求，且設(shè)備老化，技術(shù)落后，已超過使用年限。本次改造采用華自科技YWT系列數(shù)字式微機(jī)調(diào)速器，它是結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，運(yùn)用現(xiàn)代成熟的液壓技術(shù)和數(shù)字技術(shù)生產(chǎn)的1種高油壓調(diào)速器。它與電站二次回路或計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相配合，可完成水輪發(fā)電機(jī)組的增減負(fù)荷、開機(jī)、停機(jī)、緊急停機(jī)等任務(wù)；并可以和其他裝置一起完成自動(dòng)發(fā)電控制，按水位調(diào)節(jié)等任務(wù)。它的可靠性和調(diào)節(jié)品質(zhì)能完全滿足電站 “無人值班 （少人值守）”的要求。該調(diào)速器采用全新的設(shè)計(jì)思想 ，突破了這些年來一成不變的電氣—機(jī)械/液壓轉(zhuǎn)換元件+主配壓閥的經(jīng)典形式。因此調(diào)速器的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)配置、制造工藝、裝配發(fā)生了根本性的變化。采用了現(xiàn)代液壓成熟技術(shù)，由高速開關(guān)閥 （數(shù)字閥）組件實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)級(jí)的液壓控制，由邏輯控制閥組件+功率集成閥直接驅(qū)動(dòng)接力器，結(jié)構(gòu)更簡單，可靠性得到有效提高。同時(shí)，進(jìn)行元件—組件—回路的多層次組合與優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)速器的所有功能 （見圖1、圖2）。

2.2勵(lì)磁改造

原勵(lì)磁系統(tǒng)只能進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，無法滿足機(jī)組自動(dòng)化控制的需求，且設(shè)備老化，技術(shù)落后，已超過使用年限。本次改造采用華自科技PWL—2B雙微機(jī)三通道自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，該系統(tǒng)是華自科技最新研制成功的PWL系列微機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的第三代產(chǎn)品。目前在全球范圍內(nèi)有著數(shù)百套系統(tǒng)的優(yōu)良的運(yùn)行業(yè)績。PWL—2B雙微機(jī)自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上包含了PWL系列產(chǎn)品的核心技術(shù)，同時(shí)還吸收了目前數(shù)字勵(lì)磁控制領(lǐng)域內(nèi)最先進(jìn)的研究成果和工藝，增加了許多新的先進(jìn)方法和手段，如高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、多處理器的應(yīng)用技術(shù)、獨(dú)特的控制算法和多種調(diào)試手段以及更為人性化的人機(jī)交互界面等。PWL—2B雙微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)所有的功能部件全部標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性，方便了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，簡化了制造工藝，縮短了交貨周期；同時(shí)也便于系統(tǒng)檢驗(yàn)、調(diào)試、維護(hù)和備件備用、更換等工作（見圖3、圖4）。

圖1　原調(diào)速器

圖2　改造后的微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)

圖3　原勵(lì)磁屏

圖4　改造后的微機(jī)勵(lì)磁屏

2.3監(jiān)控系統(tǒng)改造

微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用華自科技MTC系統(tǒng)。MTC系統(tǒng)是面向水利水電工程監(jiān)控與自動(dòng)化應(yīng)用而研制開發(fā)的全新的分布開放計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) ，它結(jié)合了當(dāng)前國內(nèi)外最新計(jì)算機(jī)硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、實(shí)時(shí)工業(yè)控制與未來發(fā)展趨勢，具有良好的可靠性、可變性、可擴(kuò)充性和可移植性。MTC系統(tǒng)具有獨(dú)立自主的版權(quán)，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，組態(tài)能力強(qiáng) ，具有國際同期先進(jìn)水平，滿足電站 “無人值班 （少人值守）”的要求。

本站采用全分布開放式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)分兩層：廠站控制層以及現(xiàn)地控制單元層。兩層之間采用以太網(wǎng)總線，構(gòu)成高可靠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)通信采用高性能的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行連接，LCU與交換機(jī)間的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)為光纖，具有較高的傳輸速率和良好的抗電磁干擾能力 （見圖5、圖6）。

圖5　原監(jiān)控系統(tǒng)

圖6　改造后的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

2.4保護(hù)裝置改造

原采用的二次監(jiān)測、控制、信號(hào)系統(tǒng)多為老式非定型產(chǎn)品，制造不規(guī)范，靈敏度、可靠性、安全性較差。控制、保護(hù)、測量等二次設(shè)備與一次設(shè)備的容量不匹配；且采用常規(guī)的繼電器式保護(hù)和手動(dòng)控制方式 ，誤差較大，保護(hù)系統(tǒng)經(jīng)常誤動(dòng)、拒動(dòng)，已不能保障電站安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。本次改造采用華自科技微機(jī)保護(hù)裝置DMP300系列裝置，具體配置如下：

110kV線路配置：距離保護(hù)裝置DMP361C+后備保護(hù)裝置DMP362C+測量裝置裝置DMP314C。

35 kV線路和10 kV線路配置：線路保護(hù)測控裝置DMP311C。

主變配置：差動(dòng)保護(hù)裝置DMP371C+高后備保護(hù)測控裝置DMP372C+中后備保護(hù)測控裝置DMP321C+低后備保護(hù)測控裝置DMP321C。

發(fā)電機(jī)配置：差動(dòng)保護(hù)裝置DMP320CF+后備保護(hù)測控裝置DMP321CF。

廠用變配置：廠用變保護(hù)測控裝置DMP324C。

裝置采用密閉抗干擾式保護(hù)與監(jiān)控一體化單元機(jī)箱，集中安裝在保護(hù)屏上。保護(hù)裝置采用以太網(wǎng)/RS—485通信接口，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信。保護(hù)裝置具有完善的事件記錄功能 ，保護(hù)動(dòng)作報(bào)告、開關(guān)量變位、自檢結(jié)果、定值改動(dòng)、錄波數(shù)據(jù)均有記錄，可實(shí)時(shí)傳送至后臺(tái)監(jiān)控。保護(hù)裝置具有故障錄波功能，能有效地記錄故障發(fā)生時(shí)刻的波形。保護(hù)裝置除可實(shí)時(shí)顯示電流、電壓、頻率、功率及各種事件信息外，還可顯示接線圖，顯示界面可通過前面板的RS—232接口在線組態(tài)。按鍵操作簡單，中英文操作界面，多級(jí)用戶權(quán)限管理 ，便于現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)人員操作。

2.5直流系統(tǒng)改造

電站原采用硅整流電容儲(chǔ)能直流系統(tǒng) ，本次改造為高頻開關(guān)直流系統(tǒng)，該系統(tǒng)為華自科技HZD200系列，采用高頻開關(guān)電源模塊組成充電裝置，主要用于水力、火力發(fā)電廠，各類變電站和其他使用直流設(shè)備的用戶 （如發(fā)電廠、變電站、配電站、石化、鋼鐵、電氣化鐵路、房地產(chǎn)等），適用于斷路器分、合閘及二次回路的儀器、儀表、繼電保護(hù)和事故照明的供電。

直流系統(tǒng)由充電屏、饋電屏、電池屏組成，當(dāng)充電裝置容量較小且饋出線回路較少時(shí) ，充電屏和饋電屏可以合并安裝在1個(gè)充饋電屏內(nèi)。進(jìn)線電源采用兩路交流輸入，可完成兩路交流輸入的主備切換和互鎖，充電裝置具有N+1冗余備份，輸出電壓平穩(wěn)。整個(gè)系統(tǒng)采用全方位的智能化管理 ，可靠性和穩(wěn)定性大大提高。饋出線回路配置9回20 A控制出線，6回100 A的合閘出線。

直流系統(tǒng)具有完善的監(jiān)控功能和豐富的告警功能，并有友好的人機(jī)界面。當(dāng)系統(tǒng)和設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能夠在第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)，通知值班人員去處理，并能準(zhǔn)確定位故障，減少了查找故障時(shí)間。系統(tǒng)有記憶功能，通過監(jiān)控屏和按鍵，可以查找前一段時(shí)間的故障記錄 ，方便值班人員對整個(gè)配電系統(tǒng)的檢修維護(hù) （見圖7、圖8）。

圖7　原直流系統(tǒng)

圖8　高頻開關(guān)直流系統(tǒng)

3　結(jié) 語

總之，電站增效擴(kuò)容改造可以消除安全隱患，確保安全穩(wěn)定運(yùn)行，并提高電站的運(yùn)行管理水平，降低工作強(qiáng)度。同時(shí)，還可以充分利用水能資源，增加發(fā)電量，提高生產(chǎn)效率 ，促進(jìn)電站可持續(xù)發(fā)展。

責(zé)任編輯 吳 昊

2016-03-24

曾 敏 （1983-），男，助理工程師，主要從事水電站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的研發(fā)工作。

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