王選鴻

（陜西省石頭河水庫(kù)管理局 陜西 楊凌 712100）

1 水電站概況

萬(wàn)家塬水電站是利用石頭河西安供水渠道上萬(wàn)家塬陡坡落差修建的渠道引水式電站。裝設(shè)臥式水輪發(fā)電機(jī)組三臺(tái)，額定容量3×320kW，設(shè)計(jì)水頭22.2m，設(shè)計(jì)流量3×1.8m3/s,年利用小時(shí)5040h，設(shè)計(jì)年發(fā)電量492萬(wàn)kW·h。水輪機(jī)型號(hào)為HLA244－WJ－60，發(fā)電機(jī)型號(hào) SFW320－10/1180。電站上網(wǎng)經(jīng)過(guò)升壓后就近并入眉縣電力局管轄的10kV農(nóng)網(wǎng)線路。

由于農(nóng)網(wǎng)線路長(zhǎng)，負(fù)荷分散且季節(jié)性強(qiáng)，故障點(diǎn)相對(duì)較多，加之電站自動(dòng)化程度較低，多年來(lái)造成機(jī)組高頻率甩負(fù)荷停機(jī)，這對(duì)于電站發(fā)電機(jī)組的安全、高效運(yùn)行十分不利。主要表現(xiàn)為：①電站并網(wǎng)的10KV農(nóng)網(wǎng)線路老化，跨越林區(qū)，因天氣變化或人為因素，線路故障和無(wú)計(jì)劃停電頻繁。②農(nóng)網(wǎng)所處的地域?yàn)槔苯?、林果等?jīng)濟(jì)作物主產(chǎn)區(qū)，每年5月～8月，辣椒、林果等這些經(jīng)濟(jì)作物正處于掛果成熟期，需水量大，使農(nóng)網(wǎng)農(nóng)灌負(fù)荷激增，超過(guò)日均負(fù)荷的四倍多，使系統(tǒng)電壓由正常時(shí)的400V降到360V或更低。③萬(wàn)家塬水電站處于系統(tǒng)的末端，日電壓變化比較大，最低只有360V，最高可達(dá)430V。

2 存在問(wèn)題

（1）電站機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)原為T(mén)KL-11型可控硅靜止勵(lì)磁裝置，該裝置由南寧發(fā)電設(shè)備總廠提供，是與其水輪發(fā)電機(jī)組配套的一種自并勵(lì)可控硅勵(lì)磁裝置，由控制電路（包括調(diào)節(jié)整定、檢測(cè)放大、移相觸發(fā)回路）、三相半控橋式整流電路等組成。其勵(lì)磁電源由發(fā)電機(jī)出口側(cè)的勵(lì)磁變壓器供給。這種勵(lì)磁套裝置調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)單，缺少電流限制回路等必要的控制電路；三相半控橋直、交流側(cè)也缺少必要的過(guò)電壓保護(hù)裝置。在運(yùn)行中機(jī)組出現(xiàn)甩負(fù)荷時(shí)，不能強(qiáng)行減磁，減小勵(lì)磁電流，來(lái)限制過(guò)電壓；當(dāng)三相半控橋的直流側(cè)或交流側(cè)過(guò)電壓時(shí)，不能有效地保護(hù)可控硅元件，易造成可控硅、二極管被擊穿，對(duì)機(jī)組造成損傷。

（2）電站調(diào)速器為T(mén)T-300型，由于手動(dòng)運(yùn)行機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)只能靠人為手動(dòng)關(guān)閉水輪機(jī)導(dǎo)葉，極易造成機(jī)組飛逸過(guò)速，使機(jī)組產(chǎn)生過(guò)電壓，危及機(jī)組安全運(yùn)行。

（3）電站廠用電系統(tǒng)由一臺(tái)50kVA變壓器T接于10kV并網(wǎng)線路供電。機(jī)組控制保護(hù)操作電源均取自廠用電系統(tǒng)的交流220V電源，當(dāng)農(nóng)網(wǎng)線路故障失電后廠用電也隨之消失，機(jī)組保護(hù)裝置不能可靠動(dòng)作，主副廠房照明也會(huì)失去，直接影響電站機(jī)組安全運(yùn)行。

3 改造方案

（1）去掉原勵(lì)磁裝置的控制電路，采用西安理工大學(xué)生產(chǎn)的JYT－K型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，與原有的三相半控橋電路、勵(lì)磁變壓器、電壓互感器、電流互感器，組成新的勵(lì)磁裝置。由于JYT－K型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用調(diào)差電路、調(diào)節(jié)整定電路、檢測(cè)放大電路、電流限制電路、移相觸發(fā)電路，替代了原來(lái)的控制電路，并裝設(shè)機(jī)端電壓調(diào)整、勵(lì)磁電流調(diào)整、勵(lì)磁開(kāi)關(guān)、跟蹤電網(wǎng)開(kāi)關(guān)及斷路器常閉接點(diǎn)，可同時(shí)跟蹤發(fā)電機(jī)出口的電壓和電流、系統(tǒng)的電壓、勵(lì)磁變壓器副邊側(cè)的電壓和電流的變化情況，迅速做出反應(yīng)，安全、有效地保護(hù)發(fā)電設(shè)備。同時(shí)增加過(guò)電壓吸收裝置。①除了原有的整流橋硅元件上并聯(lián)的RC電路外，在三相半控橋的交流側(cè)安裝了三相三角形接法的阻容吸收裝置，用于吸收勵(lì)磁變壓器投切時(shí)發(fā)生的過(guò)電壓。②在三相半控橋的直流側(cè)裝設(shè)阻容吸收裝置，限制回路電感產(chǎn)生的操作過(guò)電壓。③考慮到發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行發(fā)生失步或外部短路時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)產(chǎn)生對(duì)可控硅元件威脅較大的感應(yīng)過(guò)電壓，并且能量較大，只靠直流側(cè)的阻容吸收是不夠的，可在直流側(cè)并聯(lián)一只大阻容變阻器加以限制。④在主回路直流側(cè)并聯(lián)R-C吸收過(guò)電壓保護(hù)電路，以吸收非同期并網(wǎng)、失步和系統(tǒng)故障產(chǎn)生的過(guò)電壓。另外，由于進(jìn)行電路改造后，取消了原來(lái)的機(jī)組殘壓起勵(lì)，為保證對(duì)機(jī)組進(jìn)行初始勵(lì)磁，在可控硅直流側(cè)并聯(lián)了3V電池方向起勵(lì)回路，以達(dá)到正常起勵(lì)，為發(fā)電機(jī)的建壓、并網(wǎng)做好準(zhǔn)備。

（2）調(diào)速器改造主要采用西安理工大學(xué)生產(chǎn)的電液轉(zhuǎn)換輔助控制裝置，使發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)跳閘聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)調(diào)速器油泵電機(jī)，在調(diào)速器作用下自動(dòng)快速關(guān)閉水輪機(jī)導(dǎo)葉至空載位置，但以上設(shè)備正常動(dòng)作的前提條件是發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)必須跳閘，根據(jù)電站設(shè)備實(shí)際情況，當(dāng)由于線路失電或故障、事故，有時(shí)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)不跳開(kāi)，此情況下機(jī)組甩負(fù)荷，仍需要運(yùn)行人員及時(shí)手動(dòng)關(guān)機(jī)，有可能使機(jī)組產(chǎn)生飛車(chē)，為了防止飛車(chē)，給三臺(tái)機(jī)組各加裝過(guò)速保護(hù)裝置一套，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升到機(jī)組額定轉(zhuǎn)速的130%時(shí)跳開(kāi)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)，關(guān)閉導(dǎo)葉。過(guò)速保護(hù)裝置是每臺(tái)機(jī)組安裝一只ZKZ-2型轉(zhuǎn)速監(jiān)控裝置及相應(yīng)的保護(hù)接線。ZKZ-2型轉(zhuǎn)速繼電器面板上有 ＜35%ne、＜25%ne、＞105%ne指 示燈。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速小于35%ne，大于95%ne，大于105%ne，各指示燈分別點(diǎn)亮，繼電器裝于機(jī)旁，這樣可大大方便開(kāi)停機(jī)操作及運(yùn)行。

（3）為保證線路停電機(jī)組甩負(fù)荷事故狀態(tài)時(shí)機(jī)組保護(hù)控制電源，增加保護(hù)回路電源在廠用電消失后自動(dòng)切換到3#F機(jī)組出口母線裝置，機(jī)組保護(hù)操作電源正常情況下由廠用電系統(tǒng)供給，線路停電或電站10kV開(kāi)關(guān)跳閘廠用電系統(tǒng)失壓時(shí)由3#F供給。為了保證事故情況下主、副廠房照明，主廠房、中控室、開(kāi)關(guān)室增加事故照明，事故時(shí)廠用電失電后，事故照明電源由3#F供給，且事故燈自動(dòng)點(diǎn)亮，正常情況下事故燈不亮，主副廠房照明電源由廠用電系統(tǒng)供給。

4 改造后效果

以上方案的實(shí)施，不僅有先進(jìn)技術(shù)的支持，又有細(xì)致的技術(shù)分析，經(jīng)過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)，符合電站安全運(yùn)行要求，也提高了電站自動(dòng)化水平，降低了運(yùn)行壓力，達(dá)到了預(yù)防事故，提高效益的目的。

（1）改造后的勵(lì)磁裝置靜態(tài)調(diào)節(jié)精度提高，調(diào)節(jié)速度快，調(diào)節(jié)過(guò)程穩(wěn)定，工作可靠，提高了水輪發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性，降低設(shè)備運(yùn)行期的維修費(fèi)用。

（2）改造后的調(diào)速器能有效地防止機(jī)組甩負(fù)荷飛車(chē)，提高了水輪發(fā)電機(jī)組的可靠性和自動(dòng)化水平。

（3）改造后的廠用電自動(dòng)轉(zhuǎn)換供電系統(tǒng)保證了機(jī)組在系統(tǒng)失電后仍能夠安全可靠運(yùn)行，極大地提高了電站設(shè)備的安全運(yùn)行保障水平。陜西水利