龍曉紅

(貴州省黔東南州地方電力總公司，貴州 凱里 556000)

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紅旗水電站增效擴(kuò)容改造

龍曉紅

(貴州省黔東南州地方電力總公司，貴州 凱里 556000)

為了充分利用水能資源，促進(jìn)人水和諧的迫切需要，紅旗電站被列為貴州省規(guī)劃的增效擴(kuò)容改造電站，其增效擴(kuò)容改造內(nèi)容為：增大裝機(jī)容量，更新老化的水輪發(fā)電機(jī)組及相關(guān)起重、勵磁系統(tǒng)、調(diào)速器、高低壓開關(guān)柜、計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、蝶閥等設(shè)備，提高機(jī)組的完好率和安全運(yùn)行的可靠性，提高機(jī)組自動化水平，實(shí)現(xiàn)無人值班(少人值守)，提高水輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電出力，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，提高發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益，同時改善職工工作環(huán)境。

水電站；增效擴(kuò)容；安全運(yùn)行；經(jīng)濟(jì)效益

1 概 述

紅旗水電站位于貴州省鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣涌溪鄉(xiāng)舞陽河干流上，屬黔東南州境內(nèi)舞陽河流域梯級開發(fā)的第6級電站,是地方性的水電企業(yè)，國營性質(zhì)。水庫總庫容5 800萬m3，始建于1971年7月，1981年4月開始蓄水發(fā)電，1987年全部建成發(fā)電。電站為堤壩式，是季調(diào)節(jié)的中型水庫，工程以發(fā)電為主，兼顧防洪保護(hù)和旅游、灌溉。電站設(shè)計流量50.4 m3/s，設(shè)計水頭34.5 m；設(shè)計多年平均發(fā)電量6 060萬kW·h,設(shè)計利用小時4 734 h，總裝機(jī)容量14 MW(2×3.2 MW +2×3.8 MW)。電站水工建筑物有混凝土雙曲圓弧拱壩、水庫、溢洪設(shè)施、引水建筑物、壓力鋼管、主副廠房等，主要的機(jī)電部分有：4臺水輪機(jī)(型號為HL123—LJ—140)和發(fā)電機(jī)(型號為TS325/36—20)，4臺調(diào)速器(型號為SLT—3000)，4套勵磁系統(tǒng)(型號為FJL—2)，2臺主變壓器(型號為SF9—10000/35)及廠變、勵磁變、開關(guān)柜、控制保護(hù)裝置等。

紅旗水電站電氣主接線采用1、2號機(jī)組和3、4號機(jī)組分別選擇兩機(jī)一變的擴(kuò)大單元單母分段接線方案，電站主要35 kV輸電線2回，總長16 km。電站就近輸送電能到鎮(zhèn)遠(yuǎn)開關(guān)站，以此分配電能和與國家電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。

2 改造的必要性

紅旗水電站水輪發(fā)電機(jī)組是20世紀(jì)60年代由原天津發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)的，機(jī)組運(yùn)行至今已有近30余年。機(jī)組運(yùn)行時間較長，發(fā)電機(jī)定子絕緣嚴(yán)重老化，表面嚴(yán)重銹蝕，氣蝕嚴(yán)重，存在漏油漏水現(xiàn)象。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪空蝕后經(jīng)反復(fù)補(bǔ)焊打磨，導(dǎo)致過流面變形受損，密封間隙增加，機(jī)組振動增大，水輪機(jī)效率明顯下降。停機(jī)檢修造成水庫大量棄水,不但增加了檢修工時和維修成本,還造成了水資源的浪費(fèi)，需要進(jìn)行增效擴(kuò)容技術(shù)改造。

電站原調(diào)速器已經(jīng)運(yùn)行數(shù)年，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、性能參數(shù)均很低。2002年,將調(diào)速器控制部分更換成全數(shù)字可編程微機(jī)組合式調(diào)速器SLT—3000,而調(diào)速器油壓裝置、回油箱、主接力器等未改造。經(jīng)過多年運(yùn)行，機(jī)械磨損嚴(yán)重，大部分的零配件都已無法購買；原油壓2.5 MPa，帶調(diào)速軸的調(diào)速器已經(jīng)很少使用，需進(jìn)行更新改造。

電站所使用的蝴蝶閥為液控操作，直徑為1 750 mm，因其所處的環(huán)境潮濕,閥門銹蝕較為嚴(yán)重,有漏水現(xiàn)象，其控制部分無法達(dá)到原設(shè)計的自動關(guān)閉要求，一旦機(jī)組發(fā)生緊急事故停機(jī)時,無法及時關(guān)閉蝴蝶閥，存在重大的運(yùn)行安全隱患，必須更換。

電站運(yùn)行的主要電氣設(shè)備性能老化、銹蝕嚴(yán)重、安全風(fēng)險高。如廠變?yōu)樘蕴吐浜螽a(chǎn)品，損耗大，運(yùn)行費(fèi)用高，因廠用負(fù)荷增加，該廠用變壓器需要更換。發(fā)電機(jī)主引出線及主變壓器低壓側(cè)進(jìn)線母線均采用鋁排外包熱縮的方式、故障點(diǎn)較多，需改造。

紅旗電站35 kV電壓側(cè)、發(fā)電機(jī)6.3 kV電壓側(cè)、廠用0.4 kV電壓側(cè)采用的高壓開關(guān)柜為老式柜型，不具備防誤操作功能，原件均已老化，現(xiàn)已淘汰，需全部進(jìn)行更換。

電站廠房內(nèi)安裝1臺原重慶起重機(jī)廠生產(chǎn)的電動雙梁橋式起重機(jī)，主鉤額定起重量為30 t，副鉤額定起重量為5 t，跨度為10.0 m，工作級制為A3。現(xiàn)起重機(jī)的小鉤已經(jīng)壞了，不能正常使用，起重機(jī)滑觸線為三相裸露線，有一定的安全隱患。由于水輪發(fā)電機(jī)增容，主鉤額定起重量參數(shù)應(yīng)提高，需進(jìn)行更換。

電站原勵磁系統(tǒng)采用相復(fù)勵裝置，自投入運(yùn)行以來，由于該系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低，各元件質(zhì)量不高，導(dǎo)致元件參數(shù)達(dá)不到要求，在機(jī)組突然增加或甩負(fù)荷時，容易產(chǎn)生過電壓，造成機(jī)組過電壓保護(hù)動作而自動停機(jī)；機(jī)組增容改造后，勵磁系統(tǒng)需根據(jù)改造后的容量重新更換。

電站控制保護(hù)裝置于2005年由湖南紫光測控有限公司按微機(jī)綜合自動化配置改造完畢。隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，機(jī)組增容改造后電站需對原計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。

紅旗水電站經(jīng)過近30 a的運(yùn)行，水力機(jī)械及金屬結(jié)構(gòu)、主要機(jī)電設(shè)備陳舊落后，水輪機(jī)表面嚴(yán)重銹蝕，氣蝕嚴(yán)重，水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組效率低下，致使發(fā)電出力大為降低。2000—2004年年平均發(fā)電量為6 840萬kW·h，2001—2012年年平均發(fā)電量為5 997萬kW·h，電站近幾年發(fā)電量明顯呈逐年下降趨勢，且汛期有部分棄水情況。為了促進(jìn)水能資源綜合利用，提高電站的發(fā)電效益，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保證電站安全穩(wěn)定運(yùn)行，紅旗水電站增效擴(kuò)容改造勢在必行。

3 改造的設(shè)計原則和實(shí)施

3.1 裝機(jī)容量的選擇

充分考慮電站現(xiàn)有水工結(jié)構(gòu)及相關(guān)設(shè)備，以效益最大化為原則，不增加原有機(jī)組臺數(shù)，不新增移民和永久占地，不改造電站水工建筑物、引水系統(tǒng)和廠房結(jié)構(gòu)，提出以下裝機(jī)容量比選：

方案一：裝機(jī)容量4×3 500 kW，多年平均發(fā)電量7 231萬kW·h，利用小時數(shù)5 165 h，估算投資3 400萬元，單位電能投資0.470 2元/kW·h。方案二：裝機(jī)容量4×4 000 kW，多年平均發(fā)電量7 428萬kW·h，利用小時數(shù)4 643 h，估算投資3 428萬元，單位電能投資0.468 8元/kW·h。方案三：裝機(jī)容量4×4 500 kW，多年平均發(fā)電量7 810萬kW·h，利用小時數(shù)4 339 h，估算投資3 780萬元，單位電能投資0.484 0元/kW·h。

通過比選，方案二單位電能投資最低，比原裝機(jī)容量增容15%，方案三發(fā)電機(jī)組埋件及輔助系統(tǒng)會變動，方案一較原裝機(jī)總?cè)萘繘]有增加。因此，選擇采用方案二對水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造，發(fā)電量可提高22.5%。

3.2 水力機(jī)械及金屬結(jié)構(gòu)的改造及選型

水輪發(fā)電機(jī)組改造采用混流式水輪機(jī)組，型號為HL(240C)—LJ—138，采用240C的優(yōu)秀轉(zhuǎn)輪，該轉(zhuǎn)輪額定效率為93.8%，最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速68 r/min，最優(yōu)單位流量1.26 m3/s，氣蝕系數(shù)0.2，使用水頭為25～45 m,額定出力為4 253 kW，最大出力4 630 kW。水輪機(jī)蝸殼、尾水管、座環(huán)等埋件不動，所選機(jī)組需適應(yīng)原機(jī)組埋件的尺寸要求，轉(zhuǎn)輪直徑不變。配發(fā)電機(jī)型號SF4000—20/3250，選用發(fā)電機(jī)型號定子線圈為F級絕緣，額定出力為4 000 kW；發(fā)電機(jī)機(jī)坑尺寸不改造，機(jī)架埋設(shè)基礎(chǔ)尺寸不改造，所選的機(jī)組尺寸和埋件滿足原機(jī)組尺寸和埋件的要求。

主閥設(shè)備改造主要包括4臺套公稱直徑為1.75 m的水輪機(jī)進(jìn)水閥本體及附屬設(shè)備、高壓油操作系統(tǒng)設(shè)備、控制系統(tǒng)設(shè)備等。實(shí)現(xiàn)檢修水輪機(jī)時截斷水輪機(jī)進(jìn)水；機(jī)組長期停運(yùn)時截斷上游來水以減少導(dǎo)葉漏水，防止機(jī)組蠕動；機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)事故、機(jī)組轉(zhuǎn)速升高到整定值情況下，動水緊急關(guān)閉，以防止事故擴(kuò)大，保護(hù)機(jī)組。

廠房橋式起吊重量為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，由于水輪發(fā)電機(jī)組增容，起吊重量增加，本次改造選用型號為QD32/5 t—10.5 m的電動雙梁橋式起重機(jī)，工作級別為A3，主鉤32 t，副鉤5 t，跨度10.5 m，起重機(jī)的滑觸線采用封閉式，控制機(jī)構(gòu)要求有限位裝置。

技術(shù)供水系統(tǒng)采用新型全自動濾水器，廠房排水系統(tǒng)更換水泵和電動機(jī)、水位監(jiān)測元件，實(shí)現(xiàn)機(jī)組正常運(yùn)行條件下的自動控制排水，提高水泵的效率，降低廠用電的消耗量。

3.3 主要機(jī)電設(shè)備的改造和選型

2005年，已對主變進(jìn)行了改造，型號為SF9—10000/35，機(jī)組增容后原主變?nèi)萘繚M足要求，無需進(jìn)行更換。將原近區(qū)變、廠用變更換為節(jié)能型變壓器；勵磁變隨勵磁系統(tǒng)廠家重新提供。

發(fā)電機(jī)采用自并激可控硅整流靜止勵磁系統(tǒng)，采用微機(jī)型勵磁調(diào)節(jié)器，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地和遠(yuǎn)方控制。獨(dú)立的2個調(diào)節(jié)通道能實(shí)現(xiàn)手動及自動調(diào)節(jié)，具備較高的可靠性和可維護(hù)性。

選配的自動化元件要保證正確可靠監(jiān)視油、氣、水及軸承、發(fā)電機(jī)定子等重要部位的運(yùn)行參數(shù)與工況，為計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提供可靠準(zhǔn)確信息，能構(gòu)成可靠的水力機(jī)械保護(hù)系統(tǒng)。

機(jī)組增容改造后電站按“無人值班(少人值守)”運(yùn)行方式的原則設(shè)計，采用MTC—3電站自動化系統(tǒng)，分為電站控制級和現(xiàn)地控制級(LCU)兩層，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能與勵磁、調(diào)速器、直流系統(tǒng)、電度表等通信。

直流電源系統(tǒng)要考慮可靠性、先進(jìn)性、可擴(kuò)充性、智能性。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)最直接的作用就是使管理者能集中、實(shí)時的掌握本項(xiàng)目內(nèi)各重要區(qū)域、重要設(shè)備的人員及財產(chǎn)安全。

微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)分別按發(fā)電機(jī)、變壓器及線路單元及功能進(jìn)行組屏，本著安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)、實(shí)用、易于維護(hù)的原則進(jìn)行配置。

增容后的發(fā)電機(jī)電壓母線及主變進(jìn)線、35 kV母線采用共箱自冷式封閉母線，以減少故障點(diǎn)，保證供電可靠性。

更換為35 kV KYN61—40.5開關(guān)柜及其附屬設(shè)備、6.3 kV XGN2—12高壓開關(guān)柜及其附屬設(shè)備、0.4 kV MNS開關(guān)柜及其附屬設(shè)備。開關(guān)柜盤面布置均勻、整齊，便于檢修、操作和監(jiān)視。開關(guān)柜應(yīng)能防止因本身缺陷、異?；蛘`操作導(dǎo)致的內(nèi)電弧傷及人員，具備完善的五防功能。

4 結(jié) 論

為了提高紅旗水電站的綜合效能、安全性能和自動化水平，促進(jìn)水資源的綜合利用，適應(yīng)國家可再生能源開發(fā)政策，其增效擴(kuò)容改造于2013年實(shí)施，以機(jī)電設(shè)備更新改造為重點(diǎn)，在不改變電站水源建筑物、引水系統(tǒng)、廠房等土建設(shè)施的基礎(chǔ)上，改造水輪發(fā)電機(jī)組，增加發(fā)電機(jī)額定出力。2013年改造完成3號機(jī)組，2014年改造完成4號機(jī)組，2013年年發(fā)電量為6 572萬kW·h，2014年發(fā)電量達(dá)7 696萬kW·h，增效擴(kuò)容效果明顯。同時，還更新改造了相關(guān)橋式起重機(jī)、勵磁系統(tǒng)、調(diào)速器、高低壓開關(guān)柜、計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、蝶閥、共箱母線等設(shè)備，不但提高了紅旗電站的發(fā)電效益，也提高了機(jī)組的完好率和安全運(yùn)行的可靠性，提高了電站的自動化水平，改善了職工工作環(huán)境。

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責(zé)任編輯 吳 昊

2015-06-01

龍曉紅(1976-)，女，工程師，主要從事水電站運(yùn)行與管理工作。E_mail：5148287@qq.com