王平（湖南省永順縣水利水電服務(wù)站 吉首市 416700）

馬鞍山水電站增效擴(kuò)容施工方案優(yōu)化研究

王平
（湖南省永順縣水利水電服務(wù)站 吉首市 416700）

馬鞍山電站增效擴(kuò)容改造工程任務(wù)重、時(shí)間緊、技術(shù)難度大，在改造實(shí)施過(guò)程中保證電網(wǎng)轉(zhuǎn)供電、近區(qū)供電、兼顧發(fā)電，通過(guò)精心組織、合理安排，在5個(gè)月內(nèi)完成4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組及全站電氣一次、二次設(shè)備拆除更換任務(wù)，工程質(zhì)量?jī)?yōu)良，對(duì)老電站改造具有一定的借鑒作用。

馬鞍山電站 增效擴(kuò)容 施工 優(yōu)化

1 電站概況

馬鞍山電站原名湘鄂川黔邊革命烈士紀(jì)念水電站，由原國(guó)家副主席王震為電站題名。該樞紐工程位于湖南省永順縣境內(nèi)沅水二級(jí)支流猛洞河上游，距縣城24 km，是一座以防洪、發(fā)電為主，兼有航運(yùn)、養(yǎng)殖等綜合效益的中型水利水電工程。電站壩址控制流域面積853 km2，水庫(kù)總庫(kù)容2 840萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容1 520萬(wàn)m3。1988年6月投產(chǎn)，裝有4臺(tái)單機(jī)2 MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組，設(shè)計(jì)發(fā)電水頭30 m，單機(jī)引用流量8.7 m3/s，設(shè)計(jì)年發(fā)電量3 510萬(wàn)kW·h。電站隸屬于永順縣猛洞河水電開(kāi)發(fā)建設(shè)有限責(zé)任公司，現(xiàn)有職工56人。

改造前馬鞍山電站存在以下問(wèn)題：

（1）電站運(yùn)行24年，電氣設(shè)備陳舊落后，保護(hù)、測(cè)量裝置部分癱瘓，發(fā)電機(jī)組被水淹2次，絕緣受到破壞，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)漏水嚴(yán)重、軸承溫度高，機(jī)組長(zhǎng)期帶病運(yùn)行，出力不足、效率低下，運(yùn)行成本高。廠房漏雨、進(jìn)水口攔污柵嚴(yán)重變形、防洪墻等水工建筑物局部損壞嚴(yán)重，安全隱患較大。

（2）運(yùn)行期年平均發(fā)電量2 350萬(wàn)kW·h，為設(shè)計(jì)年發(fā)電量的67%。2010年6月上游高家壩防洪樞紐工程（水庫(kù)總庫(kù)容8 000萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容5 610萬(wàn)m3）投入運(yùn)行，減輕馬鞍山水庫(kù)防洪壓力，提高了發(fā)電調(diào)蓄能力；高家壩電站裝機(jī)2×10 MW，設(shè)計(jì)發(fā)電流量62.8 m3/s，而馬鞍山電站設(shè)計(jì)發(fā)電流量34.8 m3/s，為高家壩電站的55.5%，發(fā)電流量不匹配，導(dǎo)致每年有80 d左右的棄水，水能資源浪費(fèi)嚴(yán)重。

2 電站改造方案

馬鞍山電站改造方案為：將現(xiàn)裝機(jī)4×2 MW改擴(kuò)為4×2.5 MW＋1×5 MW，總裝機(jī)容量15 MW，設(shè)計(jì)發(fā)電引用流量65 m3/s，年發(fā)電量5 000萬(wàn)kW·h，年增加發(fā)電量2 650萬(wàn)kW·h。工程分兩期進(jìn)行：一期增效擴(kuò)容工程將4×2 MW機(jī)組改造為4×2.5 MW，二期擴(kuò)建工程新增1×5 MW機(jī)組。

本次一期增效擴(kuò)容工程任務(wù)：將4臺(tái)2 MW水輪發(fā)電機(jī)組更換為2.5 MW機(jī)組，型號(hào)為SF2500-18/2600，采用HLJF3636-LJ-120高效水輪機(jī)；更換發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁屏、LCU屏、測(cè)溫制動(dòng)屏；升壓站更換2臺(tái)S11-6300/35主變壓器、4臺(tái)真空斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電壓互感器等電氣設(shè)備；更換高壓室6.3 kV高壓開(kāi)關(guān)柜；更換保護(hù)、測(cè)量等電氣二次設(shè)備、直流系統(tǒng)，采用水電站微機(jī)綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)；改造進(jìn)水口攔污柵，主副廠房全面整修裝飾。

電站主接線如附圖。

附圖 電氣主接線圖

3 增效擴(kuò)容改造工程實(shí)施

馬鞍山電站樞紐工程以下游縣城防洪、發(fā)電為主，電能經(jīng)馬楊35 kV線路并入國(guó)家電網(wǎng)永順縣電力公司楊公橋變電站，另一回35 kV線路馬長(zhǎng)線向上游長(zhǎng)潭坪變電站供電，電站近區(qū)變壓器向水庫(kù)大壩、首車鎮(zhèn)、馬鞍山村及電站生活區(qū)供電。一期增效擴(kuò)容工程一是要求工程安全、保質(zhì)、保量、按期完工；二是要保證馬長(zhǎng)線及近區(qū)變正常供電；三是邊改造邊發(fā)電，盡量不棄水，確保電站改造、生產(chǎn)兩不誤。

工程改造任務(wù)繁重、時(shí)間緊、技術(shù)難度大，需要在工程施工技術(shù)力量、機(jī)械設(shè)備、資金籌備各方面統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，合理部署。根據(jù)電站改造要求，結(jié)合電站電氣主接線的特點(diǎn)，電站在電網(wǎng)中的作用，經(jīng)過(guò)多次討論研究，進(jìn)行方案對(duì)比分析，制定了詳細(xì)周密的施工方案，具體實(shí)施過(guò)程如下：

第一步，在水輪發(fā)電機(jī)組、主變等主要機(jī)電設(shè)備到貨前，先進(jìn)行廠房整修等工作。

2012年3月17日工程正式開(kāi)工，此前已完成監(jiān)理單位、施工單位招投標(biāo)，完成水輪發(fā)電機(jī)組、主變等主要機(jī)電設(shè)備采購(gòu)招標(biāo)等前期工作。8月前完成主廠房拱型波紋鋼屋蓋的制作與安裝、內(nèi)外墻粉刷、更換照明設(shè)備等，完成中控室吊頂、貼墻裙瓷磚等，完成高壓室新KYN28A高壓開(kāi)關(guān)柜基礎(chǔ)，為全面進(jìn)行電站增效擴(kuò)容改造工程做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。

第二步，依次進(jìn)行升壓站、高壓室、中控室電氣設(shè)備改造工作。

8月6日升壓站、高壓室、中控室電氣設(shè)備改造工作啟動(dòng)。將馬楊線和馬長(zhǎng)線在龍門(mén)架出線絕緣子外用臨時(shí)跳線相連接，由馬楊線向長(zhǎng)潭坪變電站供電，同時(shí)斷開(kāi)兩線與升壓站的連接線，為升壓站電氣設(shè)備改造創(chuàng)造條件。

拆除升壓站斷路器等電氣一次設(shè)備，電站與縣電網(wǎng)斷開(kāi)后，電站開(kāi)1臺(tái)發(fā)電機(jī)供近區(qū)和廠用電；8月13日完成升壓站斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等電氣一次設(shè)備拆舊換新和調(diào)試工作，保留1#舊主變，將該變壓器高壓側(cè)與馬楊線連接，低壓側(cè)與近區(qū)變直接供近區(qū)和廠用電。4臺(tái)機(jī)組停機(jī)，拆除6.3kV高壓室高壓開(kāi)關(guān)柜和中控室控制、直流、保護(hù)、測(cè)量屏，安裝新屏柜。

8月22日拆除更換4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)旁屏（勵(lì)磁調(diào)節(jié)屏、勵(lì)磁功率屏、機(jī)組LCU屏、測(cè)溫制動(dòng)屏）及勵(lì)磁變壓器，同時(shí)敷設(shè)高壓室和中控室之間電力、控制電纜，進(jìn)行保護(hù)、測(cè)量、控制及直流系統(tǒng)的接線，安裝電站監(jiān)控系統(tǒng)、電子LED顯示屏，9月6日調(diào)試完成后更換2臺(tái)主變壓器。

新變壓器安裝在原變壓器基礎(chǔ)上，出線絕緣套管底部對(duì)地安全距離達(dá)不到2.5 m的要求，基礎(chǔ)需加高50 cm，如將舊變壓器拆除后加高鋼筋混凝土基礎(chǔ)，混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，影響電網(wǎng)向電站倒供電，且需使用2次吊車，增加施工程序和費(fèi)用。實(shí)施中提前預(yù)制混凝土基礎(chǔ)，拆除舊變壓器后先將預(yù)制混凝土基礎(chǔ)吊裝到位，再吊裝新變壓器，一次完成新舊變壓器的拆除和安裝任務(wù)，簡(jiǎn)化施工程序，節(jié)約時(shí)間、費(fèi)用。

第三步，水輪發(fā)電機(jī)組逐臺(tái)改造。

因受廠房安裝場(chǎng)地限制，為利于施工，水輪發(fā)電機(jī)組從內(nèi)往外逐臺(tái)改造。9月3日首先拆除最里側(cè)4#水輪發(fā)電機(jī)組，同時(shí)將另3臺(tái)老機(jī)組與新的機(jī)旁屏連接，9月16～22日3臺(tái)老機(jī)組相繼調(diào)試成功，利用新的電氣一、二次設(shè)備并網(wǎng)發(fā)電。10月12日4#水輪發(fā)電機(jī)組試機(jī)成功并網(wǎng)發(fā)電，此時(shí)新、老機(jī)組同時(shí)發(fā)電，新機(jī)組實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，另3臺(tái)老機(jī)組采用手動(dòng)控制。4#新機(jī)組發(fā)電后，拆除3#老機(jī)組，然后依次進(jìn)行2#、1#機(jī)組改造工作。

原機(jī)組調(diào)速器2008年更換為YWT數(shù)字可編程調(diào)速器，與電站自動(dòng)控制系統(tǒng)兼容，工作電源為直流110 V，現(xiàn)直流系統(tǒng)電壓為220 V，更換電源模塊滿足新機(jī)組調(diào)節(jié)要求。電站氣系統(tǒng)壓縮機(jī)老化，更換為螺桿空氣壓縮機(jī)，油、水系統(tǒng)經(jīng)設(shè)計(jì)人員復(fù)核滿足新水輪發(fā)電機(jī)組要求。

第四步，完成進(jìn)水口攔污柵改造及掃尾工作。

12月中旬完成4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組及全站電氣一次、二次設(shè)備拆除更換等任務(wù)，水庫(kù)水位放至發(fā)電進(jìn)水口底板高程，進(jìn)行攔污柵更換改造工作。收集整理工程建設(shè)相關(guān)資料，做好項(xiàng)目完工驗(yàn)收準(zhǔn)備工作。

4 改造效果

投產(chǎn)后6個(gè)多月的運(yùn)行情況表明，改造達(dá)到預(yù)期效果，各項(xiàng)效益指標(biāo)顯著：

（1）電站出力提高了25%，由原來(lái)不足8 MW提高到10 MW，減少了棄水，提高了水能資源利用率；減少CO2及有害氣體的排放，促進(jìn)節(jié)能減排事業(yè)的發(fā)展。

（2）發(fā)電收益明顯增加。經(jīng)測(cè)算，年增發(fā)電量983萬(wàn)kW·h，增加41.8%，同時(shí)電站上網(wǎng)電價(jià)提高0.057元/kW·h，此兩項(xiàng)帶來(lái)的發(fā)電收益有480余萬(wàn)元，較原發(fā)電收入700萬(wàn)元增加68.6%，促進(jìn)了公司可持續(xù)發(fā)展。

（3）全站采用微機(jī)自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班、少人值守，電站面貌煥然一新，有效提高了設(shè)備完好率，消除了安全隱患。

5 結(jié) 論

（1）精心組織、巧妙安排。工程得到省、州、縣各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)單位的大力支持，猛洞河水電開(kāi)發(fā)建設(shè)有限責(zé)任公司高度重視，成立由公司董事長(zhǎng)任經(jīng)理的改造工程項(xiàng)目部，成員由各電站技術(shù)骨干力量組成。項(xiàng)目部積極與施工方、生產(chǎn)廠家及供應(yīng)商溝通，制定科學(xué)合理的施工方案，精心組織工程施工，每天班前工作會(huì)下達(dá)工作任務(wù)，明確施工程序、帶電部位，強(qiáng)調(diào)安全注意事項(xiàng)及安全措施。

要生產(chǎn)也要效益，在確保工程質(zhì)量、工期的前提下，通過(guò)巧妙安排，靈活調(diào)度馬長(zhǎng)線、近區(qū)變供電，將電氣設(shè)備與水輪發(fā)電機(jī)組改造分開(kāi)實(shí)施，實(shí)現(xiàn)工程施工、電站生產(chǎn)兩不誤。把電氣一、二次設(shè)備改造安排在8月份干旱期施工，先發(fā)電將水庫(kù)水位放至低水位，施工期間蓄水?？朔鞖庋谉岬睦щy，合理安排早晚施工時(shí)間，搶抓進(jìn)度，1個(gè)半月完成升壓站、高壓室、中控室電氣一次、二次設(shè)備安裝調(diào)試任務(wù)。

4臺(tái)機(jī)組的機(jī)旁屏一次全部更換，老機(jī)組與新屏接線按改造標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，電力、測(cè)量、保護(hù)、控制電纜一次敷設(shè)到位，只需對(duì)機(jī)組進(jìn)行更換和調(diào)試工作，簡(jiǎn)化施工程序，縮短每臺(tái)機(jī)組改造時(shí)間，加快工程進(jìn)度。采取1機(jī)改造3機(jī)發(fā)電的模式，依次完成4臺(tái)機(jī)組改造，在枯水期低水位進(jìn)行發(fā)電進(jìn)水口攔污柵改造，充分利用水能資源，最大限度避免水庫(kù)棄水。機(jī)組改造期間利用老機(jī)組發(fā)電815萬(wàn)kW·h，創(chuàng)收240萬(wàn)元，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了在改造施工過(guò)程中增效。

（2）大膽嘗試，勇于探索。按照采用新材料、新設(shè)備、新技術(shù)、新工藝的原則，在選擇機(jī)組設(shè)備時(shí)，采用中國(guó)水電科學(xué)研究院設(shè)計(jì)的高效率水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，該設(shè)備屬目前國(guó)內(nèi)前沿科研成果，水輪機(jī)最高效率93.78%，發(fā)電引用流量增加11.3%，出力增加25%。要求廠家采用先進(jìn)工藝和高科技材料，發(fā)電機(jī)組推力軸瓦材料采用彈性金屬塑料，消除了原來(lái)長(zhǎng)期存在的機(jī)組推力軸瓦（采用巴氏合金材料）溫度過(guò)高的安全隱患。

通過(guò)大膽嘗試，成功解決了技術(shù)難題老機(jī)組與新設(shè)備相互能夠兼容發(fā)電，實(shí)現(xiàn)1機(jī)安裝3機(jī)發(fā)電。改造過(guò)程中老機(jī)組用新控制屏及勵(lì)磁裝置發(fā)電，此前沒(méi)有先例，無(wú)經(jīng)驗(yàn)可循。項(xiàng)目部將新老機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，電壓、電流值均在新機(jī)組范圍內(nèi)，老機(jī)組勵(lì)磁電壓、電流值分別為104 V、345 A，新機(jī)組為135 V、240 A，勵(lì)磁電流偏小。經(jīng)反復(fù)論證、優(yōu)化機(jī)組啟動(dòng)試運(yùn)行方案，確保老機(jī)組勵(lì)磁電流在新勵(lì)磁裝置允許范圍內(nèi)，經(jīng)72 h試運(yùn)行，機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，功率因數(shù)保持在（0.90～0.93）之間，充分利用水庫(kù)蓄水搶發(fā)有功電量。

（3）文明生產(chǎn)，安全第一。安全生產(chǎn)，人人有責(zé)，設(shè)立專職安全生產(chǎn)管理人員，明確安全生產(chǎn)責(zé)任，編制了保證安全生產(chǎn)的措施方案，落實(shí)各項(xiàng)安全技術(shù)措施，如：變壓器、水輪發(fā)電機(jī)組等吊裝由持證特種作業(yè)人員操作，專人指揮；改造機(jī)組機(jī)坑周圍設(shè)置圍欄，懸掛警示牌；高處拆卸安裝作業(yè)系好安全帶，掛好安全繩，專職安全員進(jìn)行監(jiān)督指導(dǎo)；工程改造過(guò)程中有電網(wǎng)供電、近區(qū)供電、電站發(fā)電，各電氣設(shè)備帶電情況復(fù)雜，點(diǎn)多面廣，交叉作業(yè)多，加強(qiáng)施工安全管理，在帶電設(shè)備處設(shè)置圍欄、懸掛警示牌等，作業(yè)前要驗(yàn)電檢查、作業(yè)后報(bào)告、全程由安全員監(jiān)督。工程建設(shè)過(guò)程中沒(méi)有安全事故發(fā)生，確保人員和設(shè)備安全，工程質(zhì)量和工期得到有效保證。

（4）人盡其才，團(tuán)結(jié)協(xié)作。公司承擔(dān)了電氣一、二次設(shè)備、自動(dòng)控制設(shè)備安裝、金結(jié)加工制作等業(yè)務(wù)，施工人員來(lái)自電站技術(shù)管理、維修、運(yùn)行等部門(mén)，工作經(jīng)驗(yàn)豐富，熟悉電站設(shè)備、運(yùn)行情況；施工隊(duì)伍分成3個(gè)小組，發(fā)揮各自技能優(yōu)勢(shì)，比質(zhì)量、比進(jìn)度，平時(shí)獨(dú)立施工，又可根據(jù)具體任務(wù)靈活組合，施工中遇到的難題，大家獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策，積極采納合理化建議，如斷路器鋼架基礎(chǔ)、電站近區(qū)供電合理調(diào)度、老機(jī)組用新屏等問(wèn)題均采納了技術(shù)人員的建議。改造過(guò)程中人盡其才、團(tuán)結(jié)協(xié)作，既鍛煉了隊(duì)伍，又節(jié)約了資金。

改造中及時(shí)安排職工進(jìn)行電站自動(dòng)化控制運(yùn)行管理知識(shí)和技能培訓(xùn)，較快地適應(yīng)和掌握新設(shè)備運(yùn)行技術(shù)，確保了電站安全高效地運(yùn)行。馬鞍山電站增效擴(kuò)容工程通過(guò)科學(xué)合理部署，精心組織施工，在改造過(guò)程中盡量避免水庫(kù)棄水，取得改造與發(fā)電雙贏的效果。

2016-04-28）

王平（1975-），男，土家族，湖南永順縣人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：農(nóng)村水電、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化、水利工程管理。