楊祖煊

（古丈縣水電經(jīng)營管理站，湖南 湘西 416300 ）

白溪關(guān)水電站位于古丈縣西北部斷龍山鄉(xiāng)境內(nèi)，涂乍河下游滴水潭上，距古丈縣城37km，是一個引水式電站。水庫壩址以上控制集雨面積490km2，總庫容1720萬m3；電站最大水頭40m，額定水頭28m，最小水頭15m，單機引用流量5.8m3/s。安裝4臺水輪發(fā)電機組，單機容量1250 kW，總裝機容量5000 kW，設(shè)計年發(fā)電量2293萬kWh。該工程于1976年審批立項，同年10月破土動工，1982年10月1#、2#機組投產(chǎn)運行，1985年5月3#機組投產(chǎn)運行，1993年5月4#機組投產(chǎn)運行。電站上游11 km處，建有保靖縣長潭電站，水庫庫容920萬m3，裝機1790kW。本文就白溪關(guān)水電站增容及改造的實現(xiàn)及效果予以論述。

一、電站增容及改造的緣由

白溪關(guān)水電站是古丈縣唯一總裝機超過500 kW的電站。不僅擔(dān)負著全縣37%的用電負荷，還擔(dān)負著向古丈縣斷龍山鄉(xiāng)農(nóng)村代燃料用戶供電的重要責(zé)任。該電站是古丈縣工業(yè)企業(yè)賴以生存的條件和基礎(chǔ)，更是全縣扶貧攻堅、脫貧致富、發(fā)展經(jīng)濟的支柱。

由于電站建設(shè)年代早，又是一個三邊工程，受當(dāng)時資金和技術(shù)條件的限制，造成了電站設(shè)計和選用的設(shè)備存在一些缺陷。原選用的機電設(shè)備技術(shù)落后，自動化程度低，能耗大，許多設(shè)備已為淘汰產(chǎn)品，廠家停止生產(chǎn)，設(shè)備檢修時無法買到零配件，給運行維護帶來很大麻煩。加之運行二十年來，機組機械磨損、設(shè)備絕緣老化現(xiàn)象嚴重，水工設(shè)施不同程度損壞，電站的綜合發(fā)電能力日趨下降，特別是1#、2#、3#機組老化相當(dāng)嚴重，已不能正常運行，致使機組頻繁停運檢修，棄水增大，出力下降，發(fā)電量逐年下滑。近十年來發(fā)電量一直徘徊在1700萬kWh左右，距設(shè)計年發(fā)電量2293kWh的水平相差甚遠。遠遠無法滿足縣城和近區(qū)的供電。

為了進一步加快古丈縣的經(jīng)濟發(fā)展，保證電站安全穩(wěn)定運行，提高經(jīng)濟效益，在改造水工設(shè)施的同時，改造電站機電設(shè)備，選用科技含量高、性能好的設(shè)備以增強電站自身造血功能，夯實電站發(fā)展后勁，是十分必要也是十分迫切的。

二、電站增容及改造的方案

為選擇最適合白溪關(guān)水電站增容及改造的方案，我們一方面大量搜集國內(nèi)類似電站（賦石電站、皎口電站等）改造的技術(shù)資料，一方面組織了由州、縣水利部門、設(shè)計單位和電站的技術(shù)人員組成的隊伍到與白溪關(guān)電站情況基本一樣的銅山源電站實地考察。同時結(jié)合白溪關(guān)電站高水頭（30～ 40m）運行時間較長（約占80%）、豐水期棄水較多的實際情況，最終確定白溪關(guān)水電站增容及改造總體方案為：輸水管道和機組土建部分不變，更換水輪機轉(zhuǎn)輪及發(fā)電機定子、轉(zhuǎn)子線圈，提高發(fā)電機絕緣等級，由B級提高到F級，改造調(diào)速器，單機容量由1250kW提高到1600kW，總裝機容量由5000kW提高到6400kW，改造電氣一、二次部分，提高自動化水平。

1、主要設(shè)備選擇

（1）水輪發(fā)電機組：推薦選用HL（A703）-LJ-100更換HL263-LJ-100水輪機配發(fā)電機TS215/36-16機組機型。

（2）調(diào)速器：采用局部改造方案。即保持原有的油壓裝置及接力器部分，電氣部分采用可編程微機調(diào)節(jié)器，機構(gòu)部分采用全數(shù)字邏輯式機構(gòu)液壓系統(tǒng)。

（3）水力機械輔助設(shè)備及自動化：機組順控采用可編程控制，控制保護采用常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)，繼電保護采用微機保護。

2、電氣主接線

發(fā)電機母線側(cè)采用單母線分段，35kV側(cè)采用單母線接線。新增一臺S9-6300/35雙圈變壓器與1#、2#、3#發(fā)電機構(gòu)成單母線，利用一臺SL7-3150/35雙圈變壓器與4#機單機單變接線，6.3kV側(cè)采用斷路器分段，以利運行和檢修。

3、電氣設(shè)備布置

電氣設(shè)備布置因地制宜，在不變動原工程地形和副廠房土建結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將原露天式主變壓器場改建為半敞開式分層布置，即下層為半敞開式的35kV主變室，上層為35kV戶內(nèi)配電室。6.3kV配電室、中控室、勵磁室、蓄電池室等其他位置保持基本不變。

三、電站增容及改造的實施及效果

1、實施過程

白溪關(guān)水電站增容及改造分兩期實施，主要設(shè)備實行公開招投標采購。2002年至2004年完成了1#、2#、3#水輪發(fā)電機組的增容和勵磁、測溫制動及調(diào)速器改造。主要改造內(nèi)容為：水輪機轉(zhuǎn)輪由原HL263-LJ-100更換為全不銹鋼HLA702-LJ-98轉(zhuǎn)輪，水輪機密封由原單層橡膠平板密封更換為液壓端面密封，設(shè)置空氣檢修圍帶檢修密封，導(dǎo)水機構(gòu)進行徹底處理即對導(dǎo)葉間立面、導(dǎo)葉與頂蓋、底環(huán)間端面進行修補，上、下軸套更換為銅套加四氯乙烯內(nèi)襯，上、下抗磨板更新為不銹鋼材料；發(fā)電機更換定、轉(zhuǎn)子線圈，轉(zhuǎn)子線圈由原扁鋁帶更換為扁銅帶，定子、轉(zhuǎn)子繞組絕緣由原B級提高到F級，改進發(fā)電機通風(fēng)冷卻系統(tǒng)，推力瓦由原巴氏合金更換為彈性塑料瓦，測溫元件改用pt100鉑電阻；勵磁裝置由原KGLF-21F可控硅三相半控橋式自復(fù)激勵磁系統(tǒng)更換為WJL-65型PLC微機自并激三相全控橋式晶閘管整流勵磁系統(tǒng)；采用新的“O”型密封氣回復(fù)制動器并改進相應(yīng)管路系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速信號裝置采用LZX-3A電腦邏輯型裝置；調(diào)速器由原X（Y）T-1000型機械液壓式更換為BWT-1000型步進式微機調(diào)速器等。

2、實施效果

白溪關(guān)水電站總裝機容量現(xiàn)為6050kW，增加1050kW，年增發(fā)電量250萬kWh。在近幾年的運行過程中，單機最大出力由原來的1600kW提高到1900kW，單機單月發(fā)電量最大曾達120萬kWh（2003年5月），創(chuàng)歷史最高。豐水期來水得到充分利用，減少了電站棄水量，既提高了水能資源的利用率，又提高了電站自身經(jīng)濟效益。

（1）水輪機出力、效率均有明顯改善。水輪機額定出力由原1330kW提高至1710kW，增加28.6%，水輪機額定工況點效率由原83.5%提高至89.3%，提高5.8%。同時，水輪機轉(zhuǎn)輪及上、下抗磨板采用了不銹鋼材料，大大增強了水輪機的機械性能，較之原來更耐蝕、耐磨，降低了因氣蝕和空蝕可能導(dǎo)致的損壞水輪機過流部件、破壞水流正常流動出現(xiàn)的能量損失增加和水輪機振動、噪聲增強等不良后果。

（2）發(fā)電機整體性能明顯改善。發(fā)電機新型號為SF-J1600-16/2150，額定功率由原1250kW提高至1600kW，增加28%，額定效率＞94.5%。一是發(fā)電機定子周圍增加了6個通風(fēng)口，轉(zhuǎn)子兩端加大了風(fēng)扇葉，轉(zhuǎn)子線圈間新增了8個通風(fēng)孔，并在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)加了4片導(dǎo)風(fēng)葉，風(fēng)向由導(dǎo)風(fēng)葉經(jīng)轉(zhuǎn)子通風(fēng)孔直接向轉(zhuǎn)子線圈、定子線圈和鐵芯吹風(fēng)散熱。使發(fā)電機定子線圈由原上、下通風(fēng)冷卻變成了上、中、下三個方向同時通風(fēng)冷卻，大大改善了發(fā)電機的散熱條件，降低了溫升，與未改造的機組比較，有明顯手感區(qū)別。二是推力瓦由原巴氏合金瓦更換為彈性塑料瓦，不僅增強了推力瓦的耐磨性，開機前不必頂轉(zhuǎn)子，縮短了開機時間；而且能在低轉(zhuǎn)速下長時間運行不致升溫，機組軸承溫度在同等條件下低了10℃左右，極大的提高了機組運行的可靠性。

（3）改造后的調(diào)速器，提高了自動化程度，裝置更簡單、衛(wèi)生。取消了原有的開限機構(gòu)和杠桿連接機構(gòu)以及飛擺電機、引導(dǎo)閥等部件，原需人工手動操作的開停機和增減負荷等過程，變成在“觸摸屏”上直接點擊即可順利完成一系列的開停機調(diào)節(jié)過程，操作簡便快捷易行、靈敏度高。

（4）改造后的勵磁裝置采用PLC微機自并激勵磁裝置，取消了原有的變流器，既減少了元件，又使接線更清楚、簡單整潔，還有利于通風(fēng)散熱。勵磁屏上的顯示器實時顯示工況，做到了重要數(shù)據(jù)實時顯示、修改和永久性保存。通過PLC微機自帶的RS-485通訊口，可在上位機讀出微機的各變量及I/O接口狀態(tài)，修改各種控制數(shù)據(jù)，控制勵磁裝置的運行。也可在勵磁屏上直接操作，在運行操作過程中如出現(xiàn)故障，能方便地通過顯示器，直接讀出故障和問題出現(xiàn)部位，有利于操作人員和維修人員直接處理當(dāng)前所示故障。本裝置很好地解決了原來運行中無功功率不足的問題，較之原裝置更先進、更適用。

四、結(jié)束語

從白溪關(guān)水電站增容及改造的實現(xiàn)可以清楚的看出：水電站增容及改造具有技術(shù)簡單、工程量小、建設(shè)周期短、見效快等到優(yōu)點。增容及改造工程的實施既能增加電站發(fā)電量，提升經(jīng)濟效益，又能夠提升電站的綜合自動化水平和高科技含量；可減輕電站運行、檢修人員的勞動強度，提高工作效率，還能促進員工加強學(xué)習(xí)，提高電站生產(chǎn)、管理人員的綜合業(yè)務(wù)素質(zhì)，延長機電設(shè)備的使用壽命；同時降低了機電設(shè)備的能耗，保證了電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。

白溪關(guān)水電站增容及改造工程雖未全部完成，仍有一些問題未得到解決，但通過上述分析可以看出，已改造的部分總體是成功的，效果是良好的。這為電站下一步進行全面改造和全縣其他小水電站進行增容及改造積累了經(jīng)驗，起了個好頭。也為我縣小水電站全面建成微機綜合自動化系統(tǒng)，達到“無人值班、少人值守”打下了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

[1] 黃美勝. 涼頭水電站增容改造分析[J]. 中國水能及電氣化, 2008.

[2] 向紹紅. 岳虎灘水電站增容改造[J], 中國水能及電氣化, 2008.