魏起波 ，陳 亮 ，段淑才

（1.臨沂市岸堤水庫管理處，山東 蒙陰 276200；2.蒙陰縣水利局，山東 蒙陰 276200）

1 水電站改造前概況

岸堤水庫電站原2、3、4號機組是重慶水輪機廠設計制造的立式混流式水輪機，轉速為250 r/min，額定功率為1 250 kW，設計水頭為21 m，最高水頭為22 m，設計流量為8.05 m3/s，水輪機出力為1 360 kW，設計效率為0.82。機組運行30多年，磨損銹蝕嚴重，水輪機效率嚴重下降，出力明顯不足，據(jù)測算水輪機的整體效率已不足0.7。

原機組的勵磁方式是勵磁機直勵，技術落后，年久老化，故障率高，配件難買，維修難度大，自動化程度低。

調速器型號是GT-1500機械液壓式調速器，設備運行30多年來，各零部件運行間隙磨損加大，漏油嚴重，反應滯后，調節(jié)性能變差，機組并網(wǎng)困難，事故動作不可靠。

2 機組改造內(nèi)容

水電站改造,按照以最少的投資獲得最大經(jīng)濟效益的原則，多方案比較優(yōu)選，采取增容、增效、新技術、節(jié)約四方面相結合的改造方案。

2.1 水輪機的改造

把原轉輪更換為型號HL240D-LJ-123的不銹鋼轉輪，設計流量8.9 m3/s，設計水頭21 m，效率為91%，水輪機出力為1 668 kW，比原轉輪增加出力308 kW。與原轉輪相比，此轉輪有三方面的優(yōu)點：一是效率由原來的0.82增加到0.91；二是標稱直徑增大3 cm,但外徑?jīng)]有變，其他部件不更換，只需對原底環(huán)進行擴徑加工，內(nèi)徑增加3 cm，以適應轉輪標稱直徑的增大，提高水輪機的過流能力；三是用不銹鋼材料制作轉輪，抗氣蝕性能增強。

2.2 發(fā)電機的改造

水輪的出力增加，原發(fā)電機的額定容量不能與新轉輪出力相匹配，因此需對原發(fā)電機進行改造。經(jīng)對有關數(shù)據(jù)分析計算，只更換發(fā)電機的定子線圈，加大定子線圈過流截面積，使發(fā)電機額定功率由原來的1 250 kW增至1 500 kW，加大發(fā)電機的風扇葉片面積，以實現(xiàn)增大通風量提高散熱能力的目的。轉子、定子鐵芯等保留，此改造方法投資最少、且能滿足技術要求，性價比高，改造后的發(fā)電機型號為SF1500-24/2600，額定功率為1 500 kW，額定容量為1 875 kVA，額定電流343 A，額定勵磁電流為290 A，額定容量比原發(fā)電機增加250 kW。

2.3 勵磁系統(tǒng)的改造

淘汰原勵磁機直勵系統(tǒng)。引用先進的基于32位DSP的新型勵磁控制系統(tǒng)帶有觸摸屏的靜止微機可控硅勵磁裝置。該系統(tǒng)是繼PCC控制系統(tǒng)之后的新一代微機可控硅勵磁系統(tǒng)，TI公司為控制應用量身定做的32位DSP,其特點是具有多種通訊接口，運算速度快。

其中，可控硅勵磁裝置的特點有：

1）本勵磁控制系統(tǒng)針對控制要求，充分發(fā)揮F28X的特點，以同步交流采樣取代直流采樣，大大提高了系統(tǒng)控制品質；本勵磁系統(tǒng)還創(chuàng)造性地將設備在線故障診斷功能和控制功能融為一體，實現(xiàn)了基于信號處理和基于知識診斷相融合的在線故障診斷和故障自動處理，大大簡化了設備的現(xiàn)場維修，提高了設備的可維護性，

2）勵磁變壓器與可控硅接線時無需核相，可控硅采用真空管片散熱，優(yōu)點是：高效的導熱性，熱流密度變換能力強；無噪音，散熱效果顯著?？諝庵凶匀焕鋮s就能滿足要求，為確保散熱的可靠性，本設備還附設風機輔助散熱，只有在嚴酷的工作條件下，可控硅溫度升高到設定限值后，風機才啟動，極大地減少了風機運轉能耗和故障率。

3）勵磁系統(tǒng)設有恒壓、恒功率因數(shù)兩種運行模式，恒壓運行模式下，根據(jù)電網(wǎng)電壓升、降幅度，勵磁系統(tǒng)能自動按預先設定的比例，減少或增加發(fā)電機的無功負荷。

4）發(fā)電機滅磁采用可控硅逆變續(xù)流滅磁方式，滅磁開關斷開之前，通過切除操作，可控硅的逆變續(xù)流使轉子電流緩緩降為零，然后再跳開滅磁開關，實現(xiàn)了零電流斷滅磁開關，極大地延長了滅磁開關的使用壽命。

2.4 調速器的改造

把DSP32位操作控制系統(tǒng)及步進電機應用到現(xiàn)有的GT1500機械液壓調速器中，拆除原飛擺電機、飛擺、引導閥等，保留原調速中主配壓閥、輔助配壓閥、接力器及油壓裝置，實現(xiàn)了從機械液壓調速器向微機調速器的轉變，具有信號測量、頻率調節(jié)、開機控制、停機控制、網(wǎng)頻跟蹤等功能的微機自動控制。改造后的調速器具有如下特點：

1）調節(jié)器采用DSP微機控制器作為調節(jié)控制核心，運算速度快，測頻精度高。調節(jié)器采用并聯(lián)補償自適應PID調節(jié)規(guī)律。調速器電氣部分設有自檢保護，能動態(tài)指示調速器的故障原因和運行工況。具有完備計算機監(jiān)控系統(tǒng)接口的硬件和軟件，提供被動接受式通訊協(xié)議，接口分計算機串行口(物理接口為CAN口)和模擬量接口兩種接口，能由計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行負荷分配、成組調節(jié)。

2）采用“積木”式單元組合結構，功能擴展方便。調速器反饋采用電氣反饋，線性度好，死區(qū)小。保證機組安全運行，即在各種事故情況下，機組甩掉全負荷后，能保證機組自動迅速穩(wěn)定至空載轉速，或根據(jù)指令信號，可靠地實現(xiàn)緊急停機。

3）有跟網(wǎng)模式和給定模式兩種運行方式，有并網(wǎng)前可以設定跟網(wǎng)運行，調速器自動檢測電網(wǎng)頻率并調整機頻與網(wǎng)頻相同，達到快速并網(wǎng)的目的。當單機系統(tǒng)運行方式時，可以設定給定頻率運行模式，調速器會自動調整機頻穩(wěn)定運行在給定的頻率上。

4）調速器具有如下自動容錯功能。當機組負載運行，機頻故障時，則自動取網(wǎng)頻作為機頻，穩(wěn)定運行。如網(wǎng)頻同時故障時，則發(fā)出報警信號，并保持故障前開度不變。

當機組空載運行，機頻故障時，機組關至最小空載開度，保證機組空載不過速。當機組負載運行、導葉位置反饋信號故障時，調速器自動報警并保持故障前的開度運行。調速器電源丟失和恢復，系統(tǒng)保持原開度運行。

3 機組改造效果及經(jīng)濟效益分析

3臺機組改造完成后，進行了72 h的試運行，設計水頭下，機組開度開至78%時，3臺發(fā)電機有功率都達到1 500 kW。其他各項技術、經(jīng)濟指標均達到預期目標，對勵磁系統(tǒng)、調速器進行了各項性能測試，均符合標準要求。

經(jīng)效率測算，水輪機的平均效率高達89%，與改造前70%相比，增加19%，大大提高了水能利率。改造后，水庫70%的水量將通過此3臺機組調節(jié)，按水電站平均每年發(fā)電量1 500萬kWh的70%計算，平均每年增加發(fā)電168萬kWh，增加收入63萬元。另外每臺水輪機的過流能力增加0.85 m3/s，3臺機組共增大了電站的調洪能力2.55 m3/s，減少了汛期開閘泄洪機率，節(jié)約水能資源。

因機組運行可靠性的提高，每班減少運行人員2名，每年為電站節(jié)約近30萬元的工資支出。以上3項總計為電站增收節(jié)支共99萬元。本項目總投資230萬元，靜態(tài)投資回收期近似2.23年，投資價值高，效果好。

4 結語

本次機組改造，核心是增效、增容，在考慮增加水輪機效率的同時，充分利用本水電站盈余過流能力，與增加容量同時進行，同時考慮對原舊設備進行合理的取舍，融入新技術，實現(xiàn)了新舊設備的完美結合。