李昶恒，孔虎泰，牛曉紅

(東武仕水電站，河北 邯鄲 056000)

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完善設(shè)計 優(yōu)化施工實現(xiàn)改造、供水、發(fā)電共贏

李昶恒，孔虎泰，牛曉紅

(東武仕水電站，河北 邯鄲 056000)

摘要：水電站在增效擴容項目機電設(shè)備改造時，在項目申報之初，應(yīng)正確做出詳盡的、切實可行的方案設(shè)計和概預算，給項目的申報和資金的籌措提供基礎(chǔ)資料；施工之前再結(jié)合項目的特殊性，制定出一個完整的系統(tǒng)的施工組織設(shè)計，確保舊設(shè)備的拆除、新設(shè)備的安裝能適應(yīng)項目的實際要求并順利實施，滿足正常運行要求。

關(guān)鍵詞：水電站；增效擴容；完善設(shè)計；優(yōu)化施工

1概述

1.1電站概況

東武仕水電站位于河北省磁縣以西約7 km的東武仕村，是東武仕水庫水利樞紐工程的一個組成部分，屬壩后式電站。電站自1971年開始建設(shè)，于1975年2月正式投產(chǎn)運行，裝機容量2×3 200 kW，設(shè)計水頭28.9 m，設(shè)計流量25.2 m3/s，多年平均發(fā)電量1 000萬kW·h。發(fā)電機的出線電壓為6.3 kV,升壓至35 kV后可通過2條輸電線路與當?shù)仉娋W(wǎng)并列運行。

1.2改造的必要性和緊迫性

從建站投產(chǎn)到2012年，電站已運行37 a，機電設(shè)備均已超過設(shè)計使用年限。機組磨損、銹蝕、氣蝕嚴重，綜合效率降至65.8%～70.5%；附屬設(shè)備自動化程度低、能耗高、故障多，每年因設(shè)備故障搶修的次數(shù)越來越多，電站的設(shè)備更新改造已勢在必行。新推出的農(nóng)村水電增效擴容改造政策給東武仕電站帶來了新的希望和重生的契機。電站抓住機遇，細心謀劃，密切配合設(shè)計和施工單位，認真落實各項前期工作，安排好施工組織，為順利實施增效擴容改造奠定了基礎(chǔ)。

1.3改造的過程及效果

本工程從2012年開始初設(shè)，年底通過省水利廳、財政廳聯(lián)合批復。2013年，成立了東武仕水電站增效擴容改造建設(shè)處負責本項目實施，同時抽調(diào)電站技術(shù)人員參與了技施設(shè)計，做了大量的設(shè)備更新改造調(diào)研工作。2014年年初，開始進行招投標工作，7月合同全部簽訂完畢，施工單位和監(jiān)理進場，改造工作全面展開；于2014年12月28日完成全部工程，2015年1月進行了完工驗收并成功投入試生產(chǎn)運行。改造后的效果達到了財政部、水利部相關(guān)標準的要求，取得了良好的改造效果。

2前期工作的關(guān)鍵

在整個設(shè)計和招投標過程中，電站技術(shù)人員充分發(fā)揮對電站設(shè)備及運行情況熟悉的優(yōu)勢，全力與設(shè)計、招標代理公司合作，使選購的設(shè)備在保證技術(shù)先進性、質(zhì)量可靠性的基礎(chǔ)上，能夠充分與電站實際運行情況相吻合，實現(xiàn)全站設(shè)備的高效、安全、經(jīng)濟運行。

2.1合理確定改造范圍

根據(jù)電站設(shè)備的現(xiàn)狀，結(jié)合國家改造資金補助政策，為了把有限的資金用在最需要的地方，電站專門抽出技術(shù)人員配合設(shè)計院，對所有設(shè)備進行了詳細的分析與評價，對設(shè)備改造的迫切性進行了排序。

2.1.1水輪機磨損嚴重、效率降低

電站水輪機組為20世紀70年代設(shè)計制造的普通轉(zhuǎn)輪，經(jīng)多年運行，機組綜合效率已降到70%以下。水輪機操控機構(gòu)不靈活，轉(zhuǎn)動部件磨損間隙大，設(shè)備銹蝕嚴重，上導軸承油盆甩油加劇，導水機構(gòu)漏水量大，機組振動及噪音增強，運行狀態(tài)不穩(wěn)定等問題，嚴重影響機組的安全運行，降低了電站的發(fā)電效益。其效率與目前的新型高效轉(zhuǎn)輪相差達20%，故列為更新對象。

2.1.2電氣設(shè)備老化嚴重、能耗高、安全隱患多

電站的變壓器介損嚴重超標，屬高損耗淘汰產(chǎn)品，已不能保障安全經(jīng)濟運行；其他一次設(shè)備，特別是6.3 kV和35 kV開關(guān)設(shè)備，都是六七十年代生產(chǎn)的開敞式無防護型設(shè)備，絕緣老化，運行超溫、滲油嚴重，性能差，誤動拒動及開關(guān)跳合閘線圈燒毀等故障頻頻發(fā)生，給安全生產(chǎn)帶來諸多隱患。與目前升級的電氣、開關(guān)設(shè)備技術(shù)先進性和安全性存在很大差距，故列為改造對象。2.1.3控制保護設(shè)備技術(shù)普遍落后，自動化水平低

電站勵磁、調(diào)速、監(jiān)控、保護及水機自動化系統(tǒng)由于技術(shù)落后、設(shè)備陳舊、自動化水平低，運行調(diào)度動作不可靠，無論是響應(yīng)速度還是調(diào)節(jié)性能都無法滿足電網(wǎng)調(diào)度和安全生產(chǎn)的要求，選購備品備件和維護檢修困難。與現(xiàn)在采用的無人值班(少人值守)系統(tǒng)技術(shù)差距太大，故列為改造內(nèi)容。2.1.4發(fā)電機部分雖有老化，但仍有運行利用空間

定子及轉(zhuǎn)子線圈絕緣雖有老化，但結(jié)合機組很少在滿負荷區(qū)域運行、設(shè)備利用小時數(shù)低等情況，查閱核對歷年預防性試驗報告，試驗項目數(shù)據(jù)合格，仍有運行利用空間；故只有發(fā)電機未列入改造對象而列大修處理。

2.2設(shè)計等前期工作中抓住以下主要環(huán)節(jié)

2.2.1增效的關(guān)鍵是采用高效轉(zhuǎn)輪

在水輪機選型中，為結(jié)合電站工農(nóng)業(yè)供水的不同方式，選配更好的轉(zhuǎn)輪方案，我們專門聯(lián)系中國水科院，利用電站多年統(tǒng)計的技術(shù)數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)階段運行方式，對2臺機組分別進行了不同運行工況的測定，取得第一手技術(shù)資料數(shù)據(jù)。依據(jù)2臺機組新的運行工況要求，1號機組在流量4.5 m3/s時能長期安全、穩(wěn)定、高效運行；2號機在額定水頭30 m時，機組出力達到3 200 kW，且高效運行。水科院通過對新開發(fā)的JF36系列水輪機模型試驗，對JF3637B—35和JF 3653—35模型水輪機進行CFD計算，得出這2個型號水輪機的速度和壓力等分布合理，流動理想，具有優(yōu)良的水力性能，能滿足電站2臺機組新的運行工況要求。同時，將原16個活動導葉改為24個活動導葉，使進水環(huán)流與改造后的轉(zhuǎn)輪更加匹配，提高了水流的環(huán)流特性，減小了水力損失，提高了效率。

2.2.2全面更新變配電設(shè)備

更新變壓器為新型低能耗的S11系列變壓器。在升壓站設(shè)備采用組合電器或分體式電器設(shè)計方案上，根據(jù)電站的實際運行方式和現(xiàn)有的升壓站場地，經(jīng)過相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員論證及技術(shù)經(jīng)濟比較分析，35 kV升壓站電器設(shè)備選定為分體式電器設(shè)備。拆除原升壓站現(xiàn)澆混凝土構(gòu)架，更換成直徑300等徑桿結(jié)構(gòu)；更新母線導線、真空斷路器、隔離開關(guān)等電器設(shè)備。在保證設(shè)備各項功能不變的情況下節(jié)約資金175萬元。

2.2.3確保實現(xiàn)無人值班(少人值守)

設(shè)計之初就本著無人值守(少人值班)的標準進行，將全站的公用系統(tǒng)及有關(guān)設(shè)備進行符合自動控制系統(tǒng)要求的改造，使上位機能夠采集到相關(guān)設(shè)備的各種信息數(shù)據(jù)；并根據(jù)數(shù)據(jù)分析做出對應(yīng)的指令反饋到各相應(yīng)設(shè)備，使之采取有效動作。在保證勵磁系統(tǒng)和調(diào)速器系統(tǒng)與保護控制系統(tǒng)良好對接的基礎(chǔ)上，對蝴蝶閥、冷卻水、壓縮空氣等系統(tǒng)進行相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)采集反饋改造，使它們能與上位機良好配合，從信息采集到最終執(zhí)行操作，實現(xiàn)真正意義上的一鍵開機和關(guān)機。

2.3抓好招標文件的編制

為了選擇技術(shù)先進、質(zhì)量可靠且性價比高的機電設(shè)備，電站技術(shù)人員進行了大量的設(shè)備考察和比選，為招標文件的編制做了大量的基礎(chǔ)性工作。

2.3.1技術(shù)條款方面

編制設(shè)備招標書的技術(shù)條款時有針對性的對設(shè)備技術(shù)先進性、質(zhì)量可靠性和適用性提出適合電站實際運行環(huán)境的要求(針對環(huán)境防腐)；對設(shè)備之間的銜接性和配套性提出具體要求(各設(shè)備之間的接口標準一致)，對配套設(shè)備廠家之間互負的責任及配套對接設(shè)備的主導單位進行了明確(在招標文件中明確了由自動化設(shè)備的中標單位負責與各銜接設(shè)備的配套性問題，進行統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一安排，即各設(shè)備接口要一致，以滿足將來各設(shè)備的連接協(xié)調(diào)及配合一致性，達到一鍵開、關(guān)機要求)。

2.3.2投標人方面

在保證投標人正常權(quán)力的同時，合理提高投標人的準入門檻或信譽好的投標人的分值，避免劣等廠家采取非正常手段競標。

2.3.3具體要求方面

提出電站實際運行中的特殊狀況和具體要求，對能滿足此要求的適當加強分值，確保所選設(shè)備技術(shù)先進、質(zhì)量可靠，適合電站實際情況。

3細化施工組織設(shè)計

3.1電站放水發(fā)電的特點

由于水庫來水量的變化和下游邯鄲工業(yè)用水方式的轉(zhuǎn)變，電站由原來的防汛和灌溉季節(jié)性放水發(fā)電改為常年小流量放水發(fā)電的方式；即為保工業(yè)用水，電站需不間斷持續(xù)放水，即使采取措施也不能斷流超過6 h。

3.2施工組織細化優(yōu)化

經(jīng)審核安裝單位提交的施工組織設(shè)計，發(fā)現(xiàn)遠不能滿足電站運行現(xiàn)狀的要求，尤其在電氣設(shè)備安裝時(低壓配電柜、高壓開關(guān)柜、升壓站設(shè)備及自動化設(shè)備等電氣設(shè)備)電站廠房需大面積、長時間停電，這將造成電站停水斷流，與確保邯鄲市工業(yè)供水的宗旨相悖。為解決這一問題，我們與安裝單位進行深度協(xié)商，利用電站技術(shù)人員對設(shè)備充分熟悉的優(yōu)勢，與安裝單位一起優(yōu)化了施工組織設(shè)計，由電站抽出技術(shù)人員協(xié)助安裝單位進行電氣和自動化設(shè)備的安裝。

3.2.1制定切實可行的間隙放水發(fā)電運行方式

為保證施工期間不斷流，依據(jù)原掌握的下游渠道調(diào)蓄能力，將目前不間斷的4.5 m3/s的放水流量，改為開機6 h(放水流量9 m3/s)，停機6 h的間隙放水發(fā)電運行方式；并隨著調(diào)水流量的變化，做相應(yīng)調(diào)整，以確保施工同時不影響下游供水。

3.2.2優(yōu)化實施方案(以低壓配電柜拆除安裝方案為例)

原方案是將6面低壓配電柜全面停電后拆除、安裝。我們進行分析后修改為：將Ⅰ段和Ⅱ段分開，分步、分段、漸進，新老設(shè)備交替運行的實施方案。即先將Ⅰ段和Ⅱ段母線斷開連接，將Ⅰ段控制柜拆除挪離原位后，改由1號廠變直接接Ⅰ段控制柜供電，保證機組運行時有一路電源供電，同時運行人員加強值班；然后將其余5面配電柜拆除，將新6面柜安裝到位后，將原電纜對應(yīng)接好，再將Ⅰ段切換到Ⅱ段投入運行，將1號廠變接回新Ⅰ段控制柜，此時6面低壓柜全面改造完成。6面低壓柜的改造只用了2 d時間就改造到位，經(jīng)各路開關(guān)試驗均正常，無異?，F(xiàn)象。同理，我們將高壓開關(guān)柜、升壓站電氣設(shè)備和主控室自動化設(shè)備都一一進行了方案優(yōu)化，確保了施工的同時不影響正常供水發(fā)電。

4改造的效果

4.1實現(xiàn)了提高效率、增加發(fā)電量的目標

在改造后試運行期間，我們做了測試，2臺機組在相同水頭和流量下，發(fā)電機出力均增加200～250 kW，效率增加20%以上。農(nóng)業(yè)供水機組出力在庫水位107 m時由原來的2 800 kW升到3 300 kW，達到了設(shè)計要求。

4.2真正實現(xiàn)了無人值班(少人值守)的目標

電站合理有效利用增效擴容改造資金，制定了除發(fā)電機之外全站所有設(shè)備徹底更新改造的方案，避免了新老設(shè)備接合中出現(xiàn)互不兼容，明確了各設(shè)備的銜接性和配套性問題，最大范圍內(nèi)實現(xiàn)了主機和輔機密切配合、協(xié)調(diào)一致，達到了一鍵開、停機及故障、事故時自動解列空轉(zhuǎn)或停機的目的。

4.3實現(xiàn)了改造、供水、發(fā)電共羸

在大范圍的設(shè)備拆除和安裝調(diào)試過程中，由于精細的施工組織設(shè)計，不但使工程按期完成，還確保了正常的工業(yè)供水和電站發(fā)電，供水量1.99億m3，發(fā)電量1 001萬 kW·h，收入600多萬元(含近區(qū)供電收入)。

5建議

增效擴容項目是一個設(shè)備技術(shù)更新改造項目，每個項目和改造內(nèi)容有各自的特殊性，與新建項目不同，在編制項目預算時應(yīng)考慮到每個項目的特殊性，而不能統(tǒng)一依據(jù)新建項目標準編制項目概算。增效擴容改造過程中應(yīng)充分調(diào)動項目業(yè)主的積極性，發(fā)揮運用好項目業(yè)主的技術(shù)力量，能夠達到事半功倍的效果。

目前增效擴容改造工程中，設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢測任務(wù)繁重，但水利行業(yè)內(nèi)部相對檢測調(diào)試隊伍偏少，力量薄弱，我們應(yīng)該加強自身行業(yè)內(nèi)部機電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢測隊伍的培養(yǎng)，做好機電設(shè)備監(jiān)督監(jiān)測工作。

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責任編輯吳昊

作者簡介：李昶恒(1963-)，男，教授級高級工程師，主要從事水利工程管理工作。

收稿日期：2016-01-05

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