魏書海

(依蘭縣晨光發(fā)電廠，黑龍江 依蘭 1548000)

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依蘭晨光發(fā)電廠增效擴(kuò)容改造工程綜述

魏書海

(依蘭縣晨光發(fā)電廠，黑龍江 依蘭 1548000)

晨光發(fā)電廠作為黑龍江省首批增效擴(kuò)容改造項(xiàng)目中裝機(jī)規(guī)模最大的電站之一，從設(shè)計(jì)、招投標(biāo)到施工組織的建設(shè)管理全過(guò)程都做到了精心組織、科學(xué)論證、合理實(shí)施，改造后電站各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)越，效益增加明顯，運(yùn)行管理水平極大提高，成功經(jīng)驗(yàn)值得同類項(xiàng)目借鑒。

增效擴(kuò)容改造；機(jī)電設(shè)備；施工組織；工程亮點(diǎn)

0 前 言

為提高水能資源利用效率，保障農(nóng)村用電需要，消除安全隱患，促進(jìn)農(nóng)村水電持續(xù)有序發(fā)展，水利部和財(cái)政部于2011年開始聯(lián)合開展了農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造工作。項(xiàng)目依據(jù)《農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見(jiàn)》、《農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法》、《農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造項(xiàng)目建設(shè)管理指導(dǎo)意見(jiàn)》等文件的要求，以提高綜合能效和安全性能、促進(jìn)水資源綜合利用為目標(biāo)，以技術(shù)先進(jìn)、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、保證質(zhì)量、節(jié)能環(huán)保為原則，全面發(fā)揮工程效益，促進(jìn)水能資源合理利用。依蘭晨光發(fā)電廠即是黑龍江省首批參與增效擴(kuò)容改造建設(shè)并取得明顯成效的電站之一。

1 電站概況

依蘭晨光發(fā)電廠位于牡丹江下游，依蘭縣依蘭鎮(zhèn)晨光村境內(nèi)，距依蘭縣城9km。電廠為一低水頭渠道引水式徑流電站，電站設(shè)計(jì)水頭6.2m，裝機(jī)5臺(tái)，總裝機(jī)容量12.5MW，單機(jī)流量53.3m3/s，年平均發(fā)電量為5500×104kWh。電站于1983年建成并投入運(yùn)行。

電站樞紐由自由溢流壩、沖砂閘、副壩等攔河工程和進(jìn)水閘、引水渠、前池、發(fā)電廠房及尾水渠等引水發(fā)電建筑物組成，工程主要建筑物為4級(jí)。 自由溢流壩長(zhǎng)581m，為過(guò)水過(guò)冰混凝土護(hù)面土石壩，最大壩高6.9m。副壩為均質(zhì)土壩，長(zhǎng)1010m，左岸接進(jìn)水閘和山體，右岸接牡丹江大堤。12孔沖砂閘設(shè)在攔河壩的左岸，孔口尺寸為5m×3m。

引水發(fā)電系統(tǒng)的進(jìn)水閘為8孔，孔口為5m×3m。引水渠全長(zhǎng)2696m，渠道底寬44.0m，邊坡為1∶2，原設(shè)計(jì)渠道正常水深3.5m，底邊和邊坡均為混凝土板襯砌，尾水渠道的斷面型式與進(jìn)水渠相同，尾渠長(zhǎng)613m。主廠房面積992m2，副廠房面積394m2。進(jìn)水口工作橋面高程101.24m。

晨光發(fā)電廠為20世紀(jì)80年代建成投產(chǎn)的老電站，發(fā)電運(yùn)行已有30多年，機(jī)組設(shè)備陳舊，效率低下，且時(shí)有故障發(fā)生，隱患較多，直接影響了安全生產(chǎn)和發(fā)電效率。因此，為了保證電站安全運(yùn)行，進(jìn)一步提高發(fā)電效率，對(duì)電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造十分必要。

2 改造總體原則

改造遵循以下4點(diǎn)原則：

1)保證電站增效擴(kuò)容改造后，單機(jī)流量不變，機(jī)電設(shè)備效率大幅提高。

2)在確保電站正常運(yùn)行和安全可靠的前提下，改造和發(fā)電生產(chǎn)兩不誤。

3)依據(jù)國(guó)家相關(guān)政策，工程重點(diǎn)對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行更新改造。

4)通過(guò)合理安排，施工工期基本安排在枯水期，盡量不影響生產(chǎn)。

3 設(shè)備現(xiàn)狀分析

1)設(shè)備陳舊。均為上世紀(jì)80年代產(chǎn)品，設(shè)備零配件無(wú)處購(gòu)置，無(wú)法維修更換。

2)水輪機(jī)葉片汽蝕現(xiàn)象嚴(yán)重。每次大修都要進(jìn)行補(bǔ)焊漿葉，水輪機(jī)工況差，效率低，發(fā)電量少，水能利用率只能達(dá)到65%，棄水嚴(yán)重。

3)主軸密封不嚴(yán)。有漏水，淹沒(méi)水導(dǎo)軸承油盆，汛期威脅廠房和機(jī)組安全運(yùn)行。

4)發(fā)電機(jī)絕緣老化，其中2臺(tái)發(fā)電機(jī)絕緣已發(fā)黃變脆，隨時(shí)都有擊穿的危險(xiǎn)。大修時(shí)都不敢做交流耐壓試驗(yàn)。

5)調(diào)速器漏油，可靠性變差。晨光電廠使用的ST-100機(jī)械液壓調(diào)速器，機(jī)械機(jī)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整困難；機(jī)柜內(nèi)部傳遞杠桿較多，造成死區(qū)較大、不易維修；油管路明管較多,漏油量大等缺陷。加之經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，調(diào)速器的可靠性已大為降低，瞞足不了并網(wǎng)對(duì)頻率的要求和佳木斯電網(wǎng)黑啟動(dòng)電源點(diǎn)的要求。而且調(diào)速器漏油最為突出，油壓裝置啟動(dòng)頻繁，廠用電損耗大。嚴(yán)重影響發(fā)電生產(chǎn)和安全運(yùn)行。

6)油、水、氣系統(tǒng)年久失修。電站油、水、氣輔助系統(tǒng)管路以及操作閥門年久失修，存在跑冒滴漏現(xiàn)象，輔屬系統(tǒng)設(shè)備只能手動(dòng)運(yùn)行，性能下降，可靠度低。

7)通訊手段落后。老的載波機(jī)與佳木斯電業(yè)局光纜接口連不上，現(xiàn)在只有一路無(wú)線GPRS在工作，滿足不了佳木斯電業(yè)局對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?/p>

8)多油開關(guān)屬淘汰產(chǎn)品性能落后。3臺(tái)多油開關(guān)還在運(yùn)行，用油量大，密封老化，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高。

9)水工建筑工程不配套。尾水叉河流量大，抬高尾水水位，水輪機(jī)不在最佳工況，效率下降，發(fā)電量少，機(jī)組擺渡超差震動(dòng)大運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定。

4 重點(diǎn)改造范圍

根據(jù)國(guó)家水利部、財(cái)政部以及我省對(duì)農(nóng)村水電站增效擴(kuò)容改造的相關(guān)文件要求和指示精神，以及晨光電廠的實(shí)際情況，確定了本次工程改造范圍：

1)水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備。

2)主變壓器及廠用變壓器。

3)升壓站高壓設(shè)備。

4)高、低壓開關(guān)柜。

5)計(jì)算機(jī)監(jiān)控及保護(hù)系統(tǒng)。

6)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

改造后的電站電氣主接線見(jiàn)圖1。

圖1 改造后的電站電氣主接線圖

5 施工組織設(shè)計(jì)

按照省里統(tǒng)一要求， 該項(xiàng)目于2013年底先后完成設(shè)備采購(gòu)及施工企業(yè)的招投標(biāo)工作。

根據(jù)資金到位及上游來(lái)水情況，科學(xué)確定了本工程的工期及開工時(shí)間。由于水輪機(jī)生產(chǎn)工期為半年，2015年初第1臺(tái)機(jī)組到貨，發(fā)電機(jī)需隨水輪機(jī)同步進(jìn)行改造。微機(jī)監(jiān)控、繼電保護(hù)、高壓開關(guān)柜、變電所開關(guān)、變壓器等設(shè)備于2014年底開始施工。總的原則是：多發(fā)電、少棄水，分段改造，一次完成。

1)根據(jù)來(lái)水情況，首先改造6.3kVⅠ段母線設(shè)備。Ⅰ段母線高壓開關(guān)柜與微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)、綜合自動(dòng)化同步進(jìn)行；變電所110kV高壓設(shè)備、中控室保護(hù)屏同步進(jìn)行。改造后要具備機(jī)旁并網(wǎng)發(fā)電的能力。Ⅱ段母線設(shè)備在Ⅰ段改造完成后進(jìn)行。

2)35kV停電施工，晨紅線電源需跨接依農(nóng)線，晨紅線無(wú)計(jì)量、無(wú)保護(hù)，需與佳調(diào)、農(nóng)電提前溝通。

3)施工的重點(diǎn)難題是中央控制室。交叉作業(yè)，一部分設(shè)備在工作，一部分設(shè)備要拆除，保護(hù)屏就位不能同步進(jìn)行。具體施工110kV變壓器、線路保護(hù)、直流饋電屛、故障錄波屛、110kV具備送電條件后，Ⅰ段母線設(shè)備發(fā)電，再改造35kV系統(tǒng)。

4)直流系統(tǒng)優(yōu)先施工，公共系統(tǒng)與實(shí)際設(shè)備對(duì)接，充電屏不間斷電源，直流饋電屏等經(jīng)與廠家協(xié)商，提前到貨。鋼廠，硅廠5369、5365開關(guān)拆除時(shí)，要現(xiàn)地手動(dòng)操作。廠區(qū)變電所設(shè)備現(xiàn)地手動(dòng)操作。

5)變電所新設(shè)備接入后，佳木斯電業(yè)局隨即做試驗(yàn)，確定保護(hù)定值，辦理增容手續(xù)，待中控室的監(jiān)控及保護(hù)設(shè)備改造完成后，再進(jìn)行施工。

6)2015年2月20號(hào)水輪機(jī)到貨，倒排工期，提前拆機(jī)，保證水輪機(jī)到貨后，就能回裝。這期間，發(fā)電機(jī)改造，導(dǎo)水葉的維修都要提前完成，2#機(jī)并網(wǎng)發(fā)電后再確定3#機(jī)的拆機(jī)時(shí)間。

6 工程亮點(diǎn)

6.1 水輪機(jī)

水輪機(jī)改造是晨光電廠改造的重中之重，在不增加流量的情況下，提高水輪機(jī)效率，從而增加電站發(fā)電容量。發(fā)電廠流道沒(méi)有變化，要想提高效率，選擇一個(gè)與原流道水頭一致的技術(shù)先進(jìn)的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪是問(wèn)題的關(guān)鍵。晨光原水輪機(jī)由天津發(fā)電總廠制造，型號(hào)為ZZ-600-LH330,流量53.3m3/s，水頭6.2m。出力2690kW。由于當(dāng)時(shí)的制造條件，水頭范圍比較廣，此水輪機(jī)4-20m都可以用，效率偏低。額定水頭、額定流量工況下，效率只有82.66%。本次改造水輪機(jī)由哈爾濱電機(jī)廠中標(biāo)，一流的企業(yè)，加上精心的設(shè)計(jì)和選擇，最后選定水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型號(hào)為ZZA-945A，水頭6.5m，流量53.82m3/s，效率92.7%，出力3125kW。新的水輪機(jī)葉片為不銹鋼材質(zhì)，轉(zhuǎn)輪體為20硅錳。機(jī)組安裝結(jié)束，試運(yùn)行按額定工況運(yùn)行，運(yùn)行一個(gè)月后最大出力達(dá)到3450kW?，F(xiàn)在5臺(tái)機(jī)組都改造完畢，水輪機(jī)效率高，震動(dòng)小，水導(dǎo)擺渡25道。各項(xiàng)指標(biāo)都大大優(yōu)于原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)主軸沒(méi)有更換，為保證機(jī)組的安全可靠，根據(jù)廠家建議，單機(jī)出力按照≤3300kW運(yùn)行，目前機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。

6.2 監(jiān)控系統(tǒng)

晨光電廠5臺(tái)機(jī)組，兩條110kV送出線路，升壓站離中央控制室200m以上，本次改造電站設(shè)置了計(jì)算機(jī)監(jiān)控及保護(hù)系統(tǒng)，大大提高了電廠的自動(dòng)化運(yùn)行管理水平。系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)操作員工作站，1臺(tái)工程師工作站，1臺(tái)通訊工作站，5套機(jī)組LCU屏，1套開關(guān)站及公用LCU屏。監(jiān)控系統(tǒng)采用多模光纖環(huán)網(wǎng)，系統(tǒng)通過(guò)一根24芯OPGW光纜接入佳木斯電業(yè)局光纖網(wǎng)絡(luò)中。改造后的晨光發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 晨光發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

6.3 制動(dòng)系統(tǒng)

原制動(dòng)系統(tǒng)，由多個(gè)管路組成，通過(guò)閥門實(shí)現(xiàn)，手動(dòng)運(yùn)行。臟亂差，不美觀。增效擴(kuò)容改造把制動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)旁測(cè)溫系統(tǒng)安裝在一個(gè)機(jī)旁屏中，制動(dòng)系統(tǒng)使用JZF集成制動(dòng)閥組，將水輪機(jī)組制動(dòng)的手動(dòng)，自動(dòng)于一體，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)制動(dòng)回路中的所有管道，體積小，重量輕，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)制動(dòng)，手動(dòng)制動(dòng)，和頂轉(zhuǎn)子功能。同時(shí)把風(fēng)閘也要進(jìn)行改造，變成帶上下兩腔的風(fēng)閘，制動(dòng)和復(fù)歸兩腔手動(dòng)自動(dòng)操作，安全可靠，高溫鉆機(jī)組橇風(fēng)閘再也不會(huì)發(fā)生了。

6.4 磁力啟動(dòng)器。

電廠原設(shè)計(jì)水泵及漏油泵等的磁力啟動(dòng)器均在水泵室，管道結(jié)露，潮濕漏電，設(shè)備經(jīng)常燒毀，消防泵，頂蓋泵磁力啟動(dòng)器在水輪機(jī)層，壓油泵磁力啟動(dòng)器在發(fā)電機(jī)層，本次改造統(tǒng)一將磁力啟動(dòng)器放在機(jī)旁動(dòng)力屏上，抽屜式開關(guān)，維修方便，布線簡(jiǎn)單，美觀大方。監(jiān)控系統(tǒng)操作相關(guān)設(shè)備啟動(dòng)、停止，中央控制室十分清楚。

6.5 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

晨光電廠大壩離中控室2.69km，是否溢流值班人員看不到，跑水問(wèn)題經(jīng)常發(fā)生，現(xiàn)在可以通過(guò)視頻監(jiān)控清楚。浪柴是夏季影響晨光發(fā)電廠發(fā)電的主要矛盾，攔污柵堵塞，機(jī)組帶不上負(fù)荷?，F(xiàn)在南山進(jìn)水口是否有浪柴，監(jiān)控系統(tǒng)看得十分清楚，浪柴多，提前停機(jī)，浪柴從大壩飄走，沒(méi)有了再發(fā)電。值長(zhǎng)對(duì)來(lái)水情況了如指掌，調(diào)控自如，增加了許多發(fā)電量。

7 小 結(jié)

晨光發(fā)電廠通過(guò)增效擴(kuò)容改造工程實(shí)施，消除了水電站的安全隱患，公共安全得到了有效保障。解決了多年的設(shè)備缺陷，設(shè)備等級(jí)明顯提高，已經(jīng)初步具備現(xiàn)代化水電廠標(biāo)準(zhǔn)。

1)發(fā)電容量增加：?jiǎn)螜C(jī)容量由2.5MW，增加到3MW，總裝機(jī)規(guī)模相當(dāng)于增加1臺(tái)發(fā)電機(jī)組。

2)年發(fā)電量及年利用小時(shí)數(shù)明顯增加：設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量6000萬(wàn)kWh，年平均利用小時(shí)4500h；水輪機(jī)效率由82.6%增加到92.7%，發(fā)電量和經(jīng)濟(jì)效益大幅度提高。

3)自動(dòng)化水平明顯提高：可在中控室完成一鍵式開、停機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)同期并網(wǎng)，從下開機(jī)令到自動(dòng)并網(wǎng)最快時(shí)間只需3min。大大減少了人工操作步驟，降低了人工操作的錯(cuò)誤率。自動(dòng)化程度高，保護(hù)可靠，安全穩(wěn)定，基本實(shí)現(xiàn)了增效擴(kuò)容改造的“無(wú)人值班、少人值守”的要求，運(yùn)行值班員明顯減少，為下一步定崗定編，推進(jìn)農(nóng)村水電體制機(jī)制改革奠定了基礎(chǔ)。

本次改造的不足之處在于：由于資金少，主要對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行了改造，水工建筑物沒(méi)有進(jìn)行維修改造，渠道進(jìn)水受阻、尾水泄流困難等問(wèn)題還依然存在，上述問(wèn)題待條件允許的情況下，應(yīng)盡快徹底解決。

晨光發(fā)電廠在省水利廳水電局的正確領(lǐng)導(dǎo)下，在相關(guān)部門的大力支持下，精心組織，認(rèn)真實(shí)施，全力推進(jìn)，把這項(xiàng)利國(guó)利民的改造工程好事辦好。通過(guò)這次增效擴(kuò)容改造，依蘭晨光發(fā)電廠初步形成了花園式的工廠，現(xiàn)代化的設(shè)備，高科技的人才，和諧的團(tuán)隊(duì)。為晨光發(fā)電廠適應(yīng)新常態(tài)，引領(lǐng)新常態(tài)，搶抓歷史機(jī)遇，再造一個(gè)新的晨光發(fā)電廠奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]中華人民共和國(guó)水利部.水電[2006]338號(hào)水利部關(guān)于加強(qiáng)農(nóng)村水電建設(shè)管理的意見(jiàn)[S].北京：中華人民共和國(guó)水利部，2006.

1007-7596(2017)02-0068-04

2017-02-16

魏書海(1963-)，男，黑龍江依蘭人，工程師，從事水電站運(yùn)行管理工作。

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