李東進(jìn),干 超
(1.臺州市黃巖區(qū)富山電站管理局,浙江 臺州 318023;2.水利部農(nóng)村電氣化研究所,浙江 杭州 310012;3.水利部農(nóng)村水電工程技術(shù)研究中心,浙江 杭州 310012)
富山三級電站位于浙江省臺州市黃巖區(qū)寧溪鎮(zhèn)嶺根村,是徑流式電站,總裝機(jī)容量2 630 kW,共裝有3臺機(jī)組;其中1、2號為臥式混流機(jī)組,容量為1 000 kW,于1981年9月投產(chǎn)發(fā)電;3號為斜擊式機(jī)組,容量為630 kW,于2003年10月投產(chǎn)發(fā)電。電站由擋水壩、引水渠、前池、壓力鋼管、電站廠房、升壓站等組成。攔水壩為1座漿砌塊石壩,壩高4.5 m,壩長62 m(其中溢流長度38 m),由擋水建筑物形成的水庫庫容0.1萬m3,正常庫容0.08萬m3,發(fā)電死庫容0.05萬m3。
電站原集水面積19 km2,1998年富山一級電站建成后,三級電站集水面積較原設(shè)計減少了9 km2,現(xiàn)集水面積10 km2,年均發(fā)電量為150萬kW·h。因設(shè)備老化,存在安全隱患,需要進(jìn)行增效擴(kuò)容改造。
本次電站增效擴(kuò)容改造不改變電站位置,不改變水庫擋水與輸水建筑物,主要改造內(nèi)容為更新機(jī)電設(shè)備,提高發(fā)電效率,改善河道生態(tài)用水。
本次增效擴(kuò)容改造將1號機(jī)組改為生態(tài)機(jī)組,機(jī)組容量為160 kW,以維持河道生態(tài)流量;2號機(jī)組更新設(shè)備,改為斜擊式機(jī)組,容量為630 kW;3號機(jī)組不變,容量仍然為630 kW。3臺發(fā)電機(jī)額定電壓都改為0.4 kV,通過1臺SCB11—2000kVA/11±2×2.5%/0.4干式變壓器將3臺發(fā)電機(jī)所發(fā)電能從0.4 kV升壓至10 kV;再通過10 kV聯(lián)豐線送入電力系統(tǒng)。將由10 kV供電的近區(qū)負(fù)荷改由外來10 kV降至0.4 kV與本電站廠用電系統(tǒng)聯(lián)合供電。10 kV梅坦線路為永嘉縣2座小水電站接入線路,電站還保留1個村的自供區(qū),年用電量約30萬kW·h。
1、2號機(jī)組自1981年發(fā)電運(yùn)行至今已有35 a,早已達(dá)到機(jī)電設(shè)備壽命期限,從電站運(yùn)行的歷史情況及維修記錄來看,機(jī)組設(shè)備老化,存在安全隱患,不能保證電站正常和安全運(yùn)行。
1號水輪機(jī)型號為HL110—WJ—59,發(fā)電機(jī)型號為SFW118/52—6,額定容量1 000 kW,1978年昆明電機(jī)廠生產(chǎn),設(shè)備老化銹蝕嚴(yán)重,瓦溫高,近幾年基本沒有運(yùn)行,實際已退出運(yùn)行。2號水輪機(jī)型號為HL110—WJ—60,發(fā)電機(jī)型號為SFW118/49—6,額定容量1 000 kW,1980年5月韶關(guān)電機(jī)廠生產(chǎn),老化嚴(yán)重,存在安全隱患;調(diào)速器型號為XT—600,天津市水電控制設(shè)備廠生產(chǎn),不能滿足自動化要求,不能自動并網(wǎng),運(yùn)行中存在“飛車”等安全隱患。進(jìn)水閘閥型號為Z941—1.6,公稱直徑DN500,運(yùn)行時間長,已經(jīng)銹跡斑斑,漏水嚴(yán)重,操作費(fèi)力。
廠內(nèi)機(jī)旁屏、低壓配電屏、中控室內(nèi)的測量控制保護(hù)以及升壓站內(nèi)變壓器、斷路器等設(shè)備性能落后、老化嚴(yán)重,屬淘汰產(chǎn)品。高壓開關(guān)柜門無電磁閉鎖裝置,機(jī)械閉鎖均己壞,存在嚴(yán)重安全隱患。
限于電站建設(shè)時期的歷史條件和技術(shù)水平,水輪發(fā)電機(jī)組的參數(shù)落后,性能欠佳,水輪機(jī)長期處于低效率區(qū)運(yùn)行,運(yùn)行工況較差,效率較低,機(jī)組的額定效率約為70%。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪HL110為我國早期使用型號,效率低,與當(dāng)前技術(shù)相比,機(jī)組效率嚴(yán)重偏低,技術(shù)性能落后;且銹蝕嚴(yán)重,導(dǎo)葉間隙增大,漏水量較大。水輪發(fā)電機(jī)組效率逐年下降,發(fā)電耗水率也相應(yīng)增加,影響發(fā)電經(jīng)濟(jì)效率。發(fā)電機(jī)經(jīng)過多年運(yùn)行,沒有進(jìn)行大的檢修改造,線圈老化,損耗大,發(fā)電效率嚴(yán)重下降。
富山一級電站1998年建成后,富山三級電站的集水面積比原設(shè)計減少了9 km2,目前富山三級電站集雨面積約為10 km2,可用于發(fā)電的水量減少了近50%,與原電站裝機(jī)容量不相匹配,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)來水情況相應(yīng)減少裝機(jī)容量。
三級站建設(shè)時間早,調(diào)速器、勵磁、變壓器、開關(guān)設(shè)備、機(jī)組控制及保護(hù)等設(shè)備陳舊,自動化程度低,保護(hù)方式落后;絕大部分器件目前已屬淘汰產(chǎn)品,設(shè)備效率低、能耗高,安全可靠性差,運(yùn)維成本高,需進(jìn)行更新改造。
機(jī)組自動化程度低,開關(guān)機(jī)都需要在現(xiàn)地手動操作,運(yùn)行人員配備也多,運(yùn)行維護(hù)成本高。
從安全、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等幾個方面分析三級電站改造的必要性:
(1)通過改造,提高了設(shè)備的安全性和可靠性,電氣設(shè)備達(dá)到五防要求,創(chuàng)建安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化在設(shè)備上符合要求。
(2)三級電站機(jī)組是計劃經(jīng)濟(jì)年代配給的,機(jī)組型號多,效率低,配件難找,時常要定做加工,增加了維護(hù)成本。通過改造,可提高機(jī)組效率,進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益。
(3)通過改造,可以解決與當(dāng)?shù)鼐用裰g的矛盾。在機(jī)組不發(fā)電期間,下游河道水流很小,生態(tài)用水、農(nóng)業(yè)灌溉均會造成與村民之間的矛盾。通過安裝生態(tài)機(jī)組,不間斷生態(tài)泄流,可以滿足電站下游村民生產(chǎn)、生活和生態(tài)的需要。
(4)與電力系統(tǒng)電費(fèi)是雙向結(jié)算的,在不發(fā)電期間,需向電力公司購買用電。生態(tài)機(jī)組建成后,不間斷發(fā)電泄放流量,自供區(qū)用電由生態(tài)機(jī)組提供,可減少電費(fèi)支出。
(5)通過改造,自動化程度提高,可減少人員配備。也可考慮將三級站的控制用光纖連接到一級電站進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,管理局資源配置更加優(yōu)化。
設(shè)計單位確定后,進(jìn)行了實地勘察,發(fā)現(xiàn)電站的攔水壩、引水渠道、前池、廠房等建筑物基本完好,滿足增效擴(kuò)容改造要求。壓力鋼管經(jīng)檢測也符合要求,可減少相應(yīng)投資。
3號機(jī)組2003年改造,沒達(dá)到報廢年限,且設(shè)備完好,可繼續(xù)使用。本次改造設(shè)計時考慮到廠房布置美觀角度,2號機(jī)組可選用與3號機(jī)組相同型號。
考慮到電站下游河流生態(tài)需水和下游居民生活生產(chǎn)用水需求,將1號機(jī)組改為生態(tài)機(jī)組,以滿足下游河道下泄流量要求。
通過多方面進(jìn)行綜合比較,1號生態(tài)機(jī)組水輪機(jī)采用XJE—W—42A/1×7.5,額定水頭110 m,額定流量0.193 m3/s,發(fā)電機(jī)型號SFW160—6/650,機(jī)組單機(jī)容量160 kW,額定轉(zhuǎn)速1 000 r/min;2號水輪機(jī)采用XJA—W—55A/1×14.5,額定水頭110 m,額定流量0.739 m3/s,發(fā)電機(jī)采用SFW630—8/990,機(jī)組單機(jī)容量630 kW,額定轉(zhuǎn)速750 r/min。新的勵磁系統(tǒng)采用微機(jī)控制的無刷勵磁。
機(jī)組調(diào)速器采用高油壓微機(jī)調(diào)速器,根據(jù)水輪機(jī)參數(shù)計算所需的調(diào)速器工作容量為300 kg· m,可以實現(xiàn)機(jī)組遠(yuǎn)方和現(xiàn)地開機(jī)、正常停機(jī)、自動并網(wǎng)、事故停機(jī)等功能,新調(diào)速器型號為YWT—300。
主變壓器采用干式變型式,型號為S11—M—2000 kVA/11±2×2.5%/0.4 kV,這樣所有電氣設(shè)備能布置在主、副廠房內(nèi)。電氣主接線采用三機(jī)一變接線方式,應(yīng)電力公司要求,采用10 kV線路上網(wǎng)。同時,永嘉兩電站決定接回永嘉電網(wǎng)。
本改造工程2017年4月份完成招投標(biāo),總包單位9月份完成主要機(jī)電設(shè)備的采購供貨,計劃在枯水期間進(jìn)行改造施工。2017年10月中旬開始拆除舊機(jī)組,先完成1、2號機(jī)組機(jī)坑開挖及機(jī)組安裝;12月10日臨時施工電源安裝完畢后,開始拆除舊電氣設(shè)備。2018年2月初,站內(nèi)機(jī)電設(shè)備基本安裝完畢,機(jī)組靜態(tài)調(diào)試一切正常。由于供電局臨時通知要對輸電線路進(jìn)行升級改造,待5月份輸電線路改造完畢后,就能進(jìn)行水輪發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)調(diào)試。
富山三級電站通過更新改造,提高了機(jī)電設(shè)備的安全性和可靠性,提高了機(jī)組效率,自動化程度增加,運(yùn)維人員減少,管理更加規(guī)范,有效提高了管理局的經(jīng)濟(jì)效益。
通過增加生態(tài)機(jī)組,不間斷發(fā)電泄流,向下游泄放流量,提升農(nóng)村水電生態(tài)效益,保證了電站下游村民生產(chǎn)生活用水需求。