孫鐘城，應(yīng)曉斌

(龍宮洞水力發(fā)電廠，浙江縉云 321400)

0 引言

縉云縣龍宮洞水力發(fā)電廠位于縉云縣方溪上游，是盤溪—方溪流域聯(lián)合開發(fā)的骨干電廠，電廠廠房離縣城35 km.根據(jù)浙江省水利廳水計[86］245號文《關(guān)于縉云縣龍宮洞水電廠工程初步設(shè)計的審批意見》，本工程設(shè)計裝機容量20 MW，目前安裝一臺10 MW機組，設(shè)計多年平均發(fā)電量2 389萬kW·h，年利用小時2 389 h.電廠發(fā)電用水主要引自大洋水庫，其次是新建的下坑水庫.大洋水庫和下坑水庫由連通隧洞相連，成為并聯(lián)水庫.龍宮洞水電廠樞紐建筑物包括下坑水庫攔水壩、連通隧洞、發(fā)電引水建筑物、壓力鋼管、發(fā)電廠房及升壓開關(guān)站.一期裝機容量1×10 000 kW，1994年投產(chǎn)試運行.截止2012－12－31已累計發(fā)電量5.2億kW·h.從1994年5月投產(chǎn)以來，把安全生產(chǎn)放在一切工作的首位，以經(jīng)濟效益為中心，扎扎實實抓好各項基礎(chǔ)工作，加大技術(shù)改造和標(biāo)準(zhǔn)化電廠的力度，規(guī)范電廠管理，確保水電廠安全、高效運行.2010－2012年開始進行技術(shù)改造和標(biāo)準(zhǔn)化電廠建設(shè)，打造“花園式”工廠，共計投入460萬元.

1 主要技術(shù)改造項目

龍宮洞水力發(fā)電廠設(shè)計安裝兩臺機組，分兩期建設(shè)，目前僅安裝一臺10 MW機組，因各種原因，二期工程未能實施，機電設(shè)備一直按過渡方案運行，因此造成方案不夠完善、布置不盡合理、設(shè)備浪費及運行費用高等問題;龍宮洞水力發(fā)電廠選用的機電設(shè)備均為20世紀(jì)80年代末期產(chǎn)品，已顯得技術(shù)落后，而且近20多年運行下來，大部分設(shè)備已老化，安全性能差，故障率高，維護工作量日益增大，元件損壞維修更換困難(很多電氣設(shè)備廠家現(xiàn)在都已經(jīng)停止生產(chǎn)).因此，從安全生產(chǎn)、經(jīng)濟運行出發(fā)，很有必要進行技術(shù)改造.通過與廠家合作進行技改可行性分析，確定機電設(shè)備技改的主要目標(biāo)如下:

(1)從電站實際現(xiàn)狀出發(fā)，優(yōu)化電氣一、二次接線方案，完善設(shè)備保護配置，確保安全發(fā)電.

(2)選用先進設(shè)備淘汰陳舊設(shè)備，提高設(shè)備性能、可靠性和完好率，并延長使用壽命.

(3)提高自動化程度，改善運行條件.采用計算機監(jiān)控保護系統(tǒng)替代常規(guī)監(jiān)控保護產(chǎn)品，為將來實現(xiàn)“無人值班、少人值守”的運行方式奠定硬件基礎(chǔ).

(4)重新核算技術(shù)數(shù)據(jù)，合理選用節(jié)能產(chǎn)品，降低能耗，節(jié)省廠用電用電量，減少運行管理成本，提高電站經(jīng)濟效益.

1.1 水輪發(fā)電機組改造

1.1.1 發(fā)電機

發(fā)電機采用 CJ20－L－140/2 ×14、SF－K10000－10/2600型，經(jīng)過二十多年運行，絕緣老化、磁極線圈松動、有幾個磁極絕緣板已吐出、老式空冷器效果下降、發(fā)電機溫升較高，故迫切需要對發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁極進行處理，并更換新技術(shù)結(jié)構(gòu)的空冷器，從而達(dá)到機組安全正常運行目的.2012－03－23—29日對發(fā)電機轉(zhuǎn)子進行拆卸，3月29日送廠家進行檢修，4月1日修好后運回安裝，于2012－04－16安裝完成，并進行調(diào)試試機.于 2012－04－17T18:35—19T18:35進行24h滿負(fù)荷運行，縉云縣龍宮洞水力發(fā)電廠1號機組SF－K10－10/2600發(fā)電機轉(zhuǎn)子檢修后經(jīng)24 h滿負(fù)荷試運行已結(jié)束，各機電設(shè)備運行正常，各轉(zhuǎn)動及瓦溫、油位均正常，未發(fā)現(xiàn)異常情況，試運行合格，負(fù)荷各項指標(biāo)，具備正常運行，可以進入正常發(fā)電.

1.1.2 調(diào)速器

水輪機調(diào)速器采用YT－1800型液壓調(diào)速器，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和出力.1998年以來，調(diào)速器機械控制部分陸續(xù)出現(xiàn)多臺次的電液轉(zhuǎn)換器故障，造成機組負(fù)荷擺動;而調(diào)速器電氣部分也存在超調(diào)現(xiàn)象，直接危及機組和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，機械零部件經(jīng)多年運行磨損，其調(diào)節(jié)、控制性能變差，故障率高，維護維修工作量大.機組調(diào)節(jié)性能已不能達(dá)到現(xiàn)代化電網(wǎng)對電能頻率調(diào)節(jié)精度的要求.

故此選用高性能的PLC為核心的CJWT－2/2－4.0型沖擊式水輪機專用微機調(diào)速器.原方案是在調(diào)速器和噴針接力器之間串聯(lián)一個液壓隨動系統(tǒng)的串聯(lián)調(diào)節(jié)方式，現(xiàn)改造為并聯(lián)調(diào)節(jié)方案，即電氣柜一方面通過比例換向閥直接控制噴針接力器，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié);另一方面通過緊停閥、開關(guān)閥及主配壓閥控制主接力器，由折向器實現(xiàn)緊急停機或過速限制，并聯(lián)調(diào)節(jié)方案大大提高了調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)品質(zhì).

CJWT－2/2－4.0型調(diào)速器采用先進的可編程控制技術(shù)和步進電機技術(shù)，每個噴針接力器和折向器接力器各采用一套全數(shù)字式機械液壓系統(tǒng)獨立控制，取消了傳統(tǒng)的機械協(xié)聯(lián)、凸輪及復(fù)雜的連桿機構(gòu)，結(jié)構(gòu)大幅簡化.不僅具有良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，而且結(jié)構(gòu)簡潔新穎、運行可靠、操作方便、維護簡單.

1.2 廠用電系統(tǒng)改造

電廠廠用電采用二臺 SL7－250/6.3、SL7－250/10型油浸變壓器分別接至發(fā)電機電壓母線6.3 kV上和當(dāng)?shù)?0 kV供電線路上降壓向二段廠用母線供電，二段廠用母線用隔離開關(guān)分段.當(dāng)一段母線失電，需通過隔離開關(guān)倒閘操作，會造成全廠短時停電，并容易造成帶負(fù)荷倒閘操作，危及設(shè)備運行和人身安全.

廠用PGL1配電屏防護性能低，屏內(nèi)安裝元器件老化.廠用電系統(tǒng)用的不少元器件已被國家列入淘汰產(chǎn)品，如配電屏主要開關(guān)——DZ10系列低壓空氣斷路器;水泵、空壓機控制箱中使用主要控制設(shè)備QC12系列磁力啟動器、JR系列熱繼電器等.

為提高廠用電設(shè)備供電可靠性，擬取消母線分段隔離，變二段母線為一段母線集中供電，對二臺廠變進線開關(guān)設(shè)置ATS－NS400/400N－UA雙電源自動切換開關(guān)，當(dāng)1#廠變故障停電時，自動切換到2#廠變供電.

廠用電開關(guān)柜選用GGD1型低壓封閉開關(guān)設(shè)備，提高防護能力.柜內(nèi)開關(guān)采用NS160N高分?jǐn)嗄芰Φ目諝鈹嗦菲?

1.3 接地網(wǎng)改造

龍宮洞水力發(fā)電廠投運近20年，多次實測接地電阻為12～14 Ω，大大超過4 Ω的設(shè)計值，嚴(yán)重危及人身安全和電氣設(shè)備的正常運行，一直是電站安全運行的潛在危險因素.

電廠周圍地表層土壤厚度薄，下覆基巖為花崗巖，電阻率很高.二級電站水庫正常蓄水位時迴水至龍宮洞水力發(fā)電廠尾水出口處，水位下降時會產(chǎn)生水面不能與尾水銜接的河道裸露區(qū).水下接地網(wǎng)布置的原則是接地網(wǎng)敷設(shè)的高程低于正常死水位1.0 m左右.二級電站水庫設(shè)計死水位為297.4 m，但二級電站正常運行時為盡量利用高水頭發(fā)電，基本保持與龍宮洞水力發(fā)電廠同步運行，水庫水位保持在正常高水位，水庫水位一般下降在0.5 m左右.為此，二級電站水庫運行死水位按307.5 m考慮，因此水下接地網(wǎng)敷設(shè)高程應(yīng)按不高于306.5 m高程設(shè)計.

為滿足接地體淹沒水深要求，結(jié)合二級水庫迴水位置及水深，水下接地網(wǎng)上游邊緣位于到生活區(qū)拱橋下游邊處，接地網(wǎng)水流方向長48 m，寬24 m，兩側(cè)離河岸4～5 m.水下接地網(wǎng)采用寬24 m、長48 m的長方形，網(wǎng)孔4 mm×4 mm共16孔，水平面積1 152 m2.水下接地網(wǎng)在上游端用二根60 mm×6 mm接地扁鋼沿機組尾水渠接到廠內(nèi)接地網(wǎng);水下接地網(wǎng)的中下游處用二根60 mm×6 mm接地扁鋼沿廠區(qū)排水涵洞與升壓開關(guān)站原接地網(wǎng)連接.采用在方溪二級電站水庫內(nèi)敷設(shè)接地網(wǎng)面積達(dá)18 00 m2之余，新增加水庫與電廠辦公樓接地連接，整個電廠接地電阻阻值為3.2 Ω，滿足規(guī)范要求，達(dá)到改造效果.

1.4 自動化改造

電站按“無人值班、少人值守”的運行原則設(shè)計，采用全計算機監(jiān)控的方式，不設(shè)常規(guī)控制設(shè)備.可在電站控制室的電站級計算機或現(xiàn)地控制單元(LCU)上進行控制操作，對機組進行實時控制、安全監(jiān)視、經(jīng)濟調(diào)度及管理.在系統(tǒng)通訊通道完善的條件下，根據(jù)電網(wǎng)的安全需要，電站可接受由系統(tǒng)調(diào)度中心通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)對本電站進行遠(yuǎn)方實時控制、安全監(jiān)視、經(jīng)濟調(diào)度及管理.

1.4.1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)

計算機監(jiān)控系統(tǒng)擬采用開放式分層分布系統(tǒng)，設(shè)置電站級計算機、機組現(xiàn)地控制單元(LCU)，電站層與現(xiàn)地控制單元采用局域網(wǎng)聯(lián)接.

機組輔助設(shè)備和全廠公用設(shè)備的控制擬采用可編程控制器(PLC)和固態(tài)控制器組成的控制裝置自成系統(tǒng)，并與計算機監(jiān)控系統(tǒng)接口，主要信號可在計算機監(jiān)控系統(tǒng)顯示.

龍宮洞電站技改工程參照具有國內(nèi)先進水平、技術(shù)可靠、有成功運行經(jīng)驗的SSJ－3000型水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計、配置設(shè)備.經(jīng)進一步整改、完善以及運行維護和管理水平的逐步提高，監(jiān)控系統(tǒng)基本滿足了電廠運行和電網(wǎng)調(diào)度的要求.龍宮洞電站技改工程計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用基于微軟Windows操作系統(tǒng)的全分布開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、EC2000監(jiān)控系統(tǒng)軟件.[1］

1.4.2 自動化元件

(1)采用集成壓縮空氣制動集成閥替代原電磁空氣閥，保證

機組制動的可靠性，提高機組制動的自動化水平.

(2)增加油、氣、水模擬量變送器.在壓力鋼管、冷卻水管上安裝水壓變送器，采集水壓數(shù)據(jù);在調(diào)速器、球閥油壓裝置壓力油罐安裝油壓變送器，采集油壓壓數(shù)據(jù);在高、低空壓機儲氣罐安裝氣壓變送器，采集氣壓數(shù)據(jù).在集水井安裝水位變送器，采集水位數(shù)據(jù).然后通過PLC模擬量輸入模塊將各參數(shù)的模擬量送到計算機監(jiān)控系統(tǒng)記錄、分析、保存.

(3)更新機組溫度測量裝置

在機組LCU上布置溫度調(diào)節(jié)儀代替原儀表，完善測量功能;采用PLC溫度模擬量模塊代替溫度巡檢儀，測量軸承、定子線圈溫度，在計算機上直接顯示溫度、保存、分析[2－3］.

1.5 勵磁裝置改造

發(fā)電機原采用的BLZ－2A可控硅勵磁裝置是第一代靜止可控硅勵磁系統(tǒng)，勵磁調(diào)節(jié)器是采用二極管、三極管、電阻、電容等分立元件組成的模擬調(diào)節(jié)器，元件數(shù)量多、線路復(fù)雜，系統(tǒng)故障多、檢修維護工作大，元器件的老化，造成勵磁調(diào)節(jié)穩(wěn)定性變差.模擬控制勵磁裝置，性能差，功能不夠完善，調(diào)節(jié)性能已不能達(dá)到現(xiàn)代化電網(wǎng)對發(fā)電質(zhì)量的要求.

本電站發(fā)電機采用EXC9000型自并勵全數(shù)字式靜態(tài)勵磁系統(tǒng)代替原勵磁系統(tǒng)，整套系統(tǒng)由調(diào)節(jié)器柜和功率滅磁柜、勵磁變壓器組成，保留原勵磁變壓器不變.勵磁系統(tǒng)的各個部分均實現(xiàn)了智能檢測、智能顯示、智能控制、信息智能傳輸和智能測試，極大地提高了裝置的可靠性和工藝水平.

勵磁調(diào)節(jié)器采用完全獨立的微機/微機/模擬三通道雙模冗余結(jié)構(gòu)，通道間互為備用，備用通道自動跟蹤運行通道，故障后自動實現(xiàn)無擾動切換數(shù)字式雙通道勵磁調(diào)節(jié)器.調(diào)節(jié)器設(shè)計采用多CPU模式、電路表面貼裝工藝和無風(fēng)扇結(jié)構(gòu).采用DSP實現(xiàn)交流采樣，具備PSS電力穩(wěn)定系統(tǒng)，保證無功和電壓波動在控制范圍.

功率柜內(nèi)安裝兩個獨立的整流橋，每一個整流橋的輸出均能滿足發(fā)電機勵磁電流的要求.整流橋采用進口高規(guī)格硅元件、實芯鋁散熱器和并聯(lián)風(fēng)道，散熱效果好.

滅磁開關(guān)柜引入智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)操作控制、狀態(tài)檢測、信息顯示智能化.

1.6 繼電保護及安全自動裝置改造

由于主變壓器差動保護未將母線包括在內(nèi)，且因6 kV母線互感器分散安裝和1#廠變布置造成6 kV母線延長，當(dāng)6 kV母線故障時，只能依靠發(fā)電機、主變壓器后備保護裝置動作，切除故障時間大大延長.

1.6.1 機組、主變、線路繼電保護

根據(jù)電站接入系統(tǒng)要求，結(jié)合電站的主接線方案，電站系統(tǒng)部分的繼電保護、安全自動裝置、故障錄波裝置按GB14285—93配置微機型保護裝置，其具體配置如下:

(1)發(fā)電機保護

①縱聯(lián)差動保護87G

②定子過電壓保護59G

④失磁保護40G

⑤定子一點接地64G

⑥轉(zhuǎn)子一點接地64F

⑦過負(fù)荷保護49G

發(fā)電機縱聯(lián)差動保護、低壓過電流保護動作于停機(跳開發(fā)電機斷路器、滅磁開關(guān)、關(guān)閉導(dǎo)水葉);定子過電壓保護、失磁保護動作于解列滅磁(跳開發(fā)電機斷路器、滅磁開關(guān));定子一點接地、轉(zhuǎn)子一點接地、過負(fù)荷保護動作于信號.

(2)主變壓器保護

①縱聯(lián)差動保護87T

②復(fù)合電壓過電流保護47/50T③壓力釋放保護63T④瓦斯保護45T⑤溫度保護26T

縱聯(lián)差動保護、復(fù)合電壓啟動過電流保護、壓力釋放保護、重瓦斯保護動作跳開變壓器高壓側(cè)和發(fā)電機斷路器;輕瓦斯保護、溫度保護動作于信號[4］.

術(shù)中體溫的變化分為3個階段：第一個階段是由于麻醉等因素造成血流分布改變引起的核心體溫快速下降，一般會在第1 h內(nèi)下降0.5～1.5 ℃；第二個階段是由于手術(shù)傷口熱量揮發(fā)、室溫等因素引起的持續(xù)體溫下降，一般持續(xù)時間為2～4 h；第三個階段為平緩期，體溫的變化取決于熱量丟失及補充的平衡狀態(tài)[42]。通過減少體表暴露、升高室溫、使用溫毯、加溫輸入液體和縮短手術(shù)時間等方法有助于維持體溫。

(3)35kV線路保護

35kV線路采用距離保護，配置三段式相間電流過電流后備保護.并配置一套重合閘裝置.1.6.2 安全自動裝置

為確保系統(tǒng)及電站設(shè)備安全，全廠設(shè)置一套低壓、低周安全解列裝置.

2 管理標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)

遵循設(shè)備更新改造與整治完善并舉，堅持安全性和可靠性第一、先進性和實用性相結(jié)合的原則，不斷提高設(shè)備健康水平和電廠綜合自動化水平.加大科技開發(fā)和技術(shù)改造投入，主要為解決生產(chǎn)現(xiàn)場難點問題和滿足“標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化”的要求，以及旨在電廠綜合自動化和提高企業(yè)現(xiàn)代化管理水平.

2.1 實現(xiàn)“無人值班，少人值守”

投產(chǎn)伊始，針對現(xiàn)場實際，積極主動與制造廠家、科研院所等單位合作，依靠科技進步，對機電設(shè)備進行了大量的技術(shù)改造和完善化工作，提高電廠安全穩(wěn)定運行水平.堅持全方位監(jiān)控、突出輔助設(shè)備智能控制的原則，全廠綜合自動化水平有明顯的進步.同時，人員培訓(xùn)和管理制度建設(shè)也取得顯著的成效.

為實現(xiàn)集控值班和達(dá)到減人增效的目的，全力以赴組織好計算機監(jiān)控系統(tǒng)的安裝調(diào)試、試運行和運行人員的“機電合一”培訓(xùn)考核.為將來實現(xiàn)“無人值班、少人值守”的運行方式奠定基礎(chǔ).

2.2 水情自動測報、水庫調(diào)度及水務(wù)信息管理系統(tǒng)

水情自動測報系統(tǒng)由1個中心站、2個中繼站、7個遙測站組成，具備水情信息采集、傳輸、處理、洪水預(yù)報、汛期監(jiān)視、圖形報表及水庫調(diào)度管理自動化等功能.經(jīng)近三年汛期實用化考核，系統(tǒng)功能、指標(biāo)、管理均達(dá)到了《水電廠水情自動測報系統(tǒng)實用化要求及驗收細(xì)則》的要求.以完備的水情自動測報為基礎(chǔ)，水庫調(diào)度及水務(wù)信息管理系統(tǒng)的建立，全面提高了水庫調(diào)度自動化管理水平，為最大限度發(fā)揮發(fā)電和防洪效益提供了重要技術(shù)保證.

2.3 智能化保安系統(tǒng)

廠房保安以技術(shù)措施為主，建立出入口控制系統(tǒng)，以其合理的配置為工作場所和人員提供高水平的門控方式.所有設(shè)備間、裝置室安裝IC卡智能門鎖;卡片設(shè)置不同的層次，分別可開啟所有房間、開啟所管轄的房間或開啟單一的房間，最大限度地方便現(xiàn)場人員.

2.4 標(biāo)準(zhǔn)化

積極推進企業(yè)管理逐步走向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和科學(xué)化，1999年建立了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，主要集中精力完善企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)和工作標(biāo)準(zhǔn)，并認(rèn)真貫徹執(zhí)行.近年來，相繼對標(biāo)準(zhǔn)體系進行修訂與完善.

根據(jù)浙江省水利廳有關(guān)要求和縉云縣水利局制定了《農(nóng)村水電站規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理有關(guān)規(guī)定》要求，電廠從安全生產(chǎn)管理、制度建設(shè)、設(shè)備管理、人員管理四個方面開展工作，實現(xiàn)“全縣一流、全市上游、全省有影響”建設(shè)的目標(biāo)[5］.

3 結(jié)語

樹立正確的創(chuàng)新意識，從實際出發(fā)，塑造一種創(chuàng)新的氛圍和創(chuàng)新的文化.依靠技術(shù)進步促進企業(yè)發(fā)展，提高技術(shù)進步的決策水平，運用現(xiàn)代化的管理思想和技術(shù)來保證企業(yè)技改項目獲得最佳的經(jīng)濟效益.在規(guī)劃和實施技術(shù)改造的同時，相應(yīng)統(tǒng)籌考慮管理現(xiàn)代化的內(nèi)容，使技術(shù)與管理同步前進.通過實施標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，電廠從硬件建設(shè)、軟件建設(shè)等方面投入資金，面貌煥然一新，完善了各項基礎(chǔ)設(shè)施，更新了設(shè)備，提高了運行可靠性，健立、健全了各項規(guī)章制度，提高了電廠運行人員的自身素質(zhì)，水電廠管理工作逐步走向正軌.最大限度消除了安全隱患、減少了生產(chǎn)安全事故，最終實現(xiàn)電站安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益雙贏.

[1]裘江海.水電站運行與管理[M］.杭州:浙江工商大學(xué)出版社，2011.

[2]黃慶豐，金 永.水電站電氣設(shè)備[M］.鄭州:黃河水利出版社，2009.

[3]謝珍貴，汪永華.發(fā)電廠電氣設(shè)備[M］.鄭州:黃河水利出版社，2009.

[4]陳啟卷.水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)[M］.北京:中國水利水電出版社，2010.

[5]陳德新.發(fā)電廠計算機監(jiān)控[M］.鄭州:黃河水利出版社，2008.

[6]李景祿.高壓電氣設(shè)備試驗與狀態(tài)診斷[M］.北京:中國水利水電出版社，2008.