王玉林，吳有樹，游偉林，陶長波

（江西省港航局界牌航電樞紐管理處，江西 鷹潭 335001）

1 工程概況

1.1 樞紐概況

界牌航電樞紐是一座以航運為主，兼有發(fā)電等效益的建設(shè)項目，位于信江干流鷹潭以下12.5 km的中童鎮(zhèn)徐楊村附近。工程建設(shè)規(guī)模為渠化Ⅲ級航道46 km，1000 T級船閘一座，設(shè)計單向通航能力為580萬t，裝機容量2×10 000 kW電站一座，年設(shè)計發(fā)電量為8 613萬kW·h，20孔泄水閘，以及擋水建筑物和相配套的生產(chǎn)、生活設(shè)施等建筑工程。樞紐于1992年11月開工，工程主體項目于1997年基本完工投入試運行。工程自建成以來，充分發(fā)揮了通航、發(fā)電、灌溉、防洪等水資源綜合效益，確保了信江沿岸生產(chǎn)生活用水和城市景觀生態(tài)用水，美化了城市環(huán)境，為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟和社會發(fā)展做出了積極貢獻。

1.2 改造的必要性

界牌航電樞紐電站自投產(chǎn)至今，主要機電設(shè)備已經(jīng)運行近20年，存在諸多問題和安全隱患：由于樞紐不能按設(shè)計水位蓄水，2臺發(fā)電機組長期在低水頭運行，偏離了原設(shè)計的最優(yōu)工況區(qū)域，長期工作在低效率區(qū)間，致使機組出力減少、振動、擺度增大，直接影響到機組的安全穩(wěn)定運行；主變壓器油枕存在滲漏現(xiàn)象，其他電氣設(shè)備也都存在型號陳舊、技術(shù)性能較差，能耗高，效率低的問題，多數(shù)屬于淘汰產(chǎn)品，不符合國家節(jié)能減排政策，而且這些設(shè)備的備品配件難以采購，日常的維護檢修工作非常困難。為此，當(dāng)?shù)毓╇姴块T曾發(fā)函要求電站進行設(shè)備技術(shù)改造。為了解決以上問題，也為了更好地履行社會責(zé)任，樞紐開展了電站機電設(shè)備改造工作。

1.3 改造的主要內(nèi)容

（1）水輪發(fā)電機組及其附屬設(shè)備

1）10 MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機組；

2）調(diào)速器及油壓裝置；

3）勵磁系統(tǒng)；

4）油、水、氣系統(tǒng)；

5）機組在線監(jiān)測及其他輔助設(shè)備。

（2）110 kV開關(guān)站設(shè)備

1）主變壓器及其附屬設(shè)備；

2）110 kV GIS 設(shè)備。

（3）廠內(nèi)高低壓配電設(shè)備

1）高低壓配電裝置（高低壓柜、廠變、配電箱等）；

2）電纜及電纜橋架系統(tǒng)；

3）監(jiān)控、五防系統(tǒng)升級改造；

4）廠房通風(fēng)系統(tǒng)及其它設(shè)備。

2 主要技改設(shè)備的選型

2.1 主機設(shè)備

（1）2臺水輪發(fā)電機組采用整體改造方案，即對原機組除埋設(shè)部件的管形座、流道蓋板基礎(chǔ)和尾水管里襯外，其余部件更新為新設(shè)備。整臺機組采用臥軸水平布置，水輪機、發(fā)電機共用一根大軸，為兩支點雙懸臂的支撐方式，水輪機側(cè)為導(dǎo)軸承，發(fā)電機側(cè)為組合軸承，原管形座為機組主支承，傳送機組在各種工況下的徑向力、推力及扭矩力、以及機組重力。水輪機按適應(yīng)本電站實際運行水頭范圍的轉(zhuǎn)輪型號進行選型，轉(zhuǎn)輪直徑由原來的5.50 m增加至5.60 m；發(fā)電機采用定子機座貼壁結(jié)構(gòu)，發(fā)電機艙內(nèi)定子上游端設(shè)置空氣冷卻器、冷卻水管和軸流風(fēng)機，實現(xiàn)對發(fā)電機的通風(fēng)冷卻；每臺機組設(shè)置一套純機械過速保護裝置和一套機組振動擺度監(jiān)測裝置；改造前后機組主要結(jié)構(gòu)與參數(shù)的對比見表1。

表1 改造前后機組主要結(jié)構(gòu)與參數(shù)的對比

（2）為了驗證新水輪機性能是否達到設(shè)計要求，是否適應(yīng)界牌樞紐電站降低2 m水頭運行的實際工況，生產(chǎn)廠家委托北京中水科水電科技開發(fā)有限公司做了界牌電站水輪機模型試驗。模型試驗的內(nèi)容包括：效率試驗、空化試驗、飛逸轉(zhuǎn)速試驗、水推力試驗、導(dǎo)葉水力矩試驗、壓力脈動試驗。試驗報告顯示新的水輪機性能達到設(shè)計要求。

（3）項目實施前對原埋設(shè)部件的管形座、尾水管進行強度復(fù)核、探傷檢測及尺寸測量，經(jīng)過廠家計算，管形座、尾水管的強度滿足新機組運行要求。

（4）新調(diào)速器采用武漢四創(chuàng)生產(chǎn)的WZT-80-6.3型雙冗余調(diào)速器，以兩套配置相同的可編程控制器（PLC）為控制核心，以比例伺服閥作為電液轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，機械液壓系統(tǒng)作為執(zhí)行機構(gòu)，組成的一種新型微機調(diào)速器。具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、油耗低、油泵啟動次數(shù)少、斷電后保持當(dāng)前開度不變、易于操作及人機對話方便等特點。

（5）勵磁系統(tǒng)采用微機型自并激可控硅靜止勵磁系統(tǒng)。此前界牌電站勵磁調(diào)節(jié)柜已經(jīng)更換，要求本次更改的功率柜、滅磁柜應(yīng)與現(xiàn)有的勵磁調(diào)節(jié)柜兼容，以便于勵磁系統(tǒng)在手動和自動控制下適應(yīng)于所有規(guī)定負載下連續(xù)穩(wěn)定運行。

2.2 110 kV開關(guān)站電氣設(shè)備

為了確保改造后電站機電設(shè)備安全可靠，能耗低，自動化水平高，對主要電氣設(shè)備選型的技術(shù)要求做了明確規(guī)定。

（1）通過方案比較，開關(guān)站的高壓設(shè)備選用戶內(nèi)SF6氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（以下簡稱GIS設(shè)備）。主要電氣設(shè)備采用安全可靠性高，能耗低的產(chǎn)品，提高設(shè)備完好率，大量節(jié)省配電裝置占地面積和空間。

（2）主變選型：主變壓器可以選擇9型、10型、11型，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和損耗也不同，11型的結(jié)構(gòu)先進，損耗最低，故選擇11型油浸式三相雙繞組無勵磁調(diào)壓變壓器（FS11），鐵心選擇了高導(dǎo)磁材料，線圈選擇較大截面積以及先進生產(chǎn)工藝，具有空載及負載損耗均較少、電氣絕緣性能好、安全性能好、全密封結(jié)構(gòu)、噪聲小等優(yōu)點。

2.3 高低壓配電設(shè)備

（1）6.3 kV成套配電裝置，采用金屬鎧裝中置移開式開關(guān)柜，其中主要元件采用高壓真空斷路器，適用頻繁操作，操作合閘機構(gòu)由彈簧儲能機構(gòu)，操作功小，使用壽命長。2臺發(fā)電機出口斷路器采用進口產(chǎn)品，其余斷路器用國產(chǎn)設(shè)備。

（2）400 V低壓配電柜采用抽屜式開關(guān)柜，具有外觀整潔、占地面積小、操作靈活、維護方便、故障低等優(yōu)點。

（3）廠變、勵磁變采用帶鋁合金外殼的SC11型樹脂絕緣干式變壓器，近區(qū)變采用美觀大方的箱式變壓器。

3 改造中的問題及經(jīng)驗

3.1 主機改造的問題與處理

（1）管形座內(nèi)外環(huán)高程與方位尺寸偏差問題處理

由于原水輪發(fā)電機組屬20世紀90年代初產(chǎn)品，制造加工精度不夠，工藝比較落后等原因，2臺機組管形座內(nèi)外環(huán)高程及方位尺寸與原設(shè)計尺寸都出現(xiàn)較大偏差，從而導(dǎo)致2臺機組安裝過程中出現(xiàn)如1號機組導(dǎo)水機構(gòu)導(dǎo)葉端面間隙偏小、2號機組水導(dǎo)軸承與主軸軸頸位置存在偏差等現(xiàn)象。因無法查到原設(shè)備制造和安裝歷史資料，為此，業(yè)主多次召開技術(shù)討論會，邀請設(shè)計院、監(jiān)理單位、安裝單位、主機廠家的專家代表與會討論，通過現(xiàn)場察看，查閱有關(guān)圖紙資料，一致認為先測量管形座的實際尺寸，再研究確定解決方案。

首先，確定采用現(xiàn)場測量的方法，由項目參與各方人員共同對管形座進行測量，通過對測量數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)1號機組管形座內(nèi)環(huán)實際尺寸比圖紙長4～5 mm，2號機組管形座內(nèi)環(huán)實際尺寸比圖紙尺寸短10 mm。

根據(jù)以上管形座實際測量尺寸，對安裝遇到的問題采取以下處理措施：

1）1號機組導(dǎo)水機構(gòu)導(dǎo)葉端面間隙偏小問題處理

根據(jù)測量數(shù)據(jù)分析，1號機管形座內(nèi)環(huán)實際尺寸比圖紙長了4～5 mm，是造成導(dǎo)葉端面間隙偏小的主要原因。處理方法為：廠家根據(jù)該數(shù)據(jù)，對轉(zhuǎn)輪室加工尺寸進行修正，確保轉(zhuǎn)輪室與轉(zhuǎn)輪中心一致，對導(dǎo)水機構(gòu)采取現(xiàn)場修磨內(nèi)、外環(huán)密封工作面，使導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動靈活。導(dǎo)葉立面間隙則采取加大偏心銷的偏心量（由原來的5 mm調(diào)整為8 mm）來調(diào)整的方法解決。

2）2號機組管形座內(nèi)環(huán)實際尺寸比圖紙尺寸短問題處理

由于2號機組管形座內(nèi)環(huán)實際尺寸比圖紙尺寸短10mm，導(dǎo)致水導(dǎo)軸承與主軸軸頸位置相差10mm，從現(xiàn)場來觀察，相當(dāng)于主軸向下游移動了10 mm。處理方法為：在轉(zhuǎn)輪室上游的法蘭面加9 mm鋼墊，內(nèi)外端面打坡口，用封水焊加膠粘，使轉(zhuǎn)輪室與轉(zhuǎn)輪中心一致，對受影響的其他部件如主軸密封襯套、接力器與基礎(chǔ)板連接支架孔向上游側(cè)相應(yīng)偏移9 mm。

發(fā)電機定子與管形座連接，需重新打孔。為加快施工進度，原計劃由廠家技術(shù)人員現(xiàn)場測量放樣，施工單位提前打好孔。鑒于擔(dān)心測量誤差以及鉆孔偏差，無法保證定子與管形座孔精準對位，所以，即使廠家派人進行了放樣，我們?nèi)匀徊捎么D(zhuǎn)子安裝到位后，用剛組裝好的定子調(diào)入機坑預(yù)裝的方法定位，然后將定子退出，調(diào)入安裝場進行試驗及發(fā)電機冷卻系統(tǒng)、附件安裝等工作，與此同時，施工單位開始打孔作業(yè)，兩者所花費的時間大致相同，不會耽誤工期。通過定子安裝結(jié)果看，原人工放樣的孔位誤差還是較大（經(jīng)現(xiàn)場檢測，人工劃線定位的孔與實際安裝孔最大相差約20 mm），雖然定子多了一次吊裝，看起來比較費時費力，但確保了定位精度，反而是節(jié)約了時間，使施工工期達到了預(yù)期目標。

（3）機組伸縮節(jié)漏水問題處理

2臺新機組運行一段時間后，伸縮節(jié)都出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。按廠家圖紙要求，第一臺機組伸縮節(jié)密封采用直徑20 mm的橡膠密封條。鑒于第一臺機組伸縮節(jié)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，在安裝第二臺機組時，將直徑20mm密封條改為16 mm+6 mm的橡膠密封條，但投入運行后，仍然出現(xiàn)了伸縮節(jié)漏水現(xiàn)象。我們將這一情況反饋給設(shè)備廠家，主機廠技術(shù)人員提出了改進方案，今年初將2臺機組的伸縮節(jié)密封條更換為直徑18mm的“O”形丁晴橡膠密封條及加裝直徑8mm自適應(yīng)型盤根，自投運以來，未發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

（4）發(fā)電機定子繞組引出電纜改型問題

發(fā)電機定子繞組中性點引出線電纜以及泡頭內(nèi)的主引出線電纜原廠家設(shè)計用聚乙稀交聯(lián)電纜，由于定子內(nèi)常年高溫環(huán)境（100℃左右），聚乙稀交聯(lián)電纜容易老化，經(jīng)廠家同意更換為耐高溫的硅橡膠絕緣耐高壓電纜（型號為ZR-AGG-6 kV，1x150）。

3.2 110 kV電氣設(shè)備改造

（1）優(yōu)化110 kV GIS設(shè)備及主變施工方案

為減少停電損失，整個改造期間，發(fā)電機組仍經(jīng)原開關(guān)站向電網(wǎng)供電，同時在開關(guān)站的右側(cè)空地上，建設(shè)GIS廠房，在設(shè)備安裝結(jié)束并經(jīng)供電部門驗收合格后，再安排2臺機組停機（約2 d時間），拆除原開關(guān)站至110 kV界西線1號終端桿聯(lián)網(wǎng)線，將GIS出線搭接至110 kV界西線1號桿，新主變低壓側(cè)由電纜接入原高壓室高壓柜內(nèi)，110 kV GIS設(shè)備及主變投入試運行，最后拆除舊開關(guān)站設(shè)備及其附屬設(shè)施。

（2）主變壓器高壓套管連接方式

電站主變壓器高壓套管與110 kV GIS設(shè)備的兩個進線間隔均采用套管直接連接，這種連接的優(yōu)點為，空間位置占用小，沒有導(dǎo)電部分裸露在外面，外部原因造成三相短路的概率小，設(shè)備運行安全可靠性高。但這種接線方式也給檢修、試驗帶來不便，GIS設(shè)備與變壓器檢修試驗周期不同，每次變壓器檢修或試驗時，都要涉及到GIS設(shè)備（抽空、拆除套管），增加了檢修工作量，沒有常規(guī)連接方式方便（有明顯可拆的連接點）。

科學(xué)大洋鉆探還顯示，海洋沉積物中的細胞數(shù)量與海洋或土壤中的細胞數(shù)量大致相同。探險隊不僅在8 000英尺深的沉積物中發(fā)現(xiàn)了生命，還在擁有8 600萬年歷史的沉積物和溫度超過60攝氏度的沉積物中發(fā)現(xiàn)了生命。

圖1 界牌水電站電氣主接線圖

3.3 高低壓配電設(shè)備改造

（1）設(shè)備布置

原廠內(nèi)高低壓配電設(shè)備布置不合理，高壓室、低壓室及廠用變布置在廠房28 m運行層不同房間，勵磁室、勵磁變布置在21 m運行層，這樣給運行檢修帶來諸多不便，增加了運行人員的勞動強度。改造方案是將原高壓室、低壓室、廠變室的隔墻拆除，重新整合為一個大空間，將主要電氣設(shè)備包括高低壓配電柜、勵磁柜、廠用變、勵磁變集中安裝在這空間內(nèi)，將新高壓柜、低壓柜和廠用變分別成單列布置，保證了改造后的整體性和美觀性，并配備中央空調(diào)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，大大改善了設(shè)備的運行環(huán)境（界牌電站電氣主接線詳見圖1）。

（2）實施方案及步驟

為確保樞紐安全運行和降低因電站電氣設(shè)備改造而造成的機組停機，減少發(fā)電損失，電站改造施工時間盡量安排在枯水期。高、低壓設(shè)備改造根據(jù)設(shè)計、現(xiàn)場情況和滿足單機運行等條件，制定了分步實施、逐步就位的改造方案，與機組改造同步實施，具體改造方案如下：

1）高壓柜改造

①根據(jù)施工安排，首先改造電站2號發(fā)電機組，因此在拆2號機前，先完成1號發(fā)電機組I段高壓母線段的高壓柜（含母聯(lián)柜）改造工作；

②I段高壓柜投入運行后，1號發(fā)電機組發(fā)電，2號發(fā)電機組拆機改造，同步完成II段高壓母線段的高壓柜改造工作；

③備用電源高壓柜因為不影響新高壓柜的布置，先保持運行狀態(tài)，待全部高壓柜安裝就位并順利上電后，再辦理相關(guān)手續(xù)退出備用電源，將備用電源電纜移至新柜再上電，至此高壓柜全部改造到位；

④高壓柜出線高壓電纜隨機組改造同步實施。

2）低壓柜改造

①在2號發(fā)電機組改造的同時，首先拆除II段低壓柜。拆柜前統(tǒng)計歸屬1號發(fā)電機組輔助設(shè)備的供電回路，并在I段低壓柜中找電流容量相當(dāng)?shù)膫溆没芈?，將II段1號機組輔助設(shè)備的供電回路轉(zhuǎn)移至I段低壓柜，實施轉(zhuǎn)移后停II段低壓柜電源（含備用電源低壓柜），開始拆除工作；

②將拆除的II段低壓柜移至已拆除的原II段高壓柜位置，布置臨時供電低壓柜，目的是接I段低壓柜的負荷和保證備用電源的供電。期間注意各部分電纜因長度不足接頭多的問題，運行時多巡視；

③制定單機運行的I段低壓負荷轉(zhuǎn)移計劃，再按計劃分批將I段低壓柜的用電負荷全部轉(zhuǎn)移至臨時供電低壓柜（有時需短暫停機）；

④拆除I段低壓柜，在原低壓柜位置安裝新低壓柜和廠用變壓器，調(diào)試上電后，新低壓柜投入運行，期間新2號發(fā)電機組的輔助設(shè)備電源全部接入新低壓柜，至此低壓柜改造就位；

⑤1號發(fā)電機組改造期間，所有輔助設(shè)備電源全部接入新低壓柜，將臨時低壓柜的供電負荷轉(zhuǎn)移至新低壓柜上，拆除臨時低壓柜。

3）電纜及電纜橋架

拆除舊電纜及橋架，重新架設(shè)電纜橋架，布置要求美觀，電纜敷設(shè)要求強弱電分層布置，編號、標示齊全清晰，無損壞，接地良好。

4 改造的效果

界牌樞紐電站在改造過程當(dāng)中，很好地利用了原有的設(shè)備、空間、人員和切實可行的技術(shù)改造方案，不僅順利完成了改造工作，而且還保證了發(fā)電效益，真正實現(xiàn)了技改和效益雙“豐收”。改造后，電站設(shè)備故障發(fā)生率呈直線下降，設(shè)備安全可靠性得到提高，而日常運行維護工作量大大減少，整個樞紐運行的安全性、可靠性和經(jīng)濟性取得了顯著提升。

（1）通過對樞紐電站機電設(shè)備、各輔助系統(tǒng)設(shè)備的改造，提高了設(shè)備本身的性能和電站的自動化水平，徹底解決了電站存在的設(shè)備老化等安全隱患，為電站安全穩(wěn)定運行提供可靠的設(shè)備保障。

（2）根據(jù)同水頭同流量運行數(shù)據(jù)對比分析，改造后的發(fā)電機組比舊機組提高出力5%-10%左右，每年可增加發(fā)電量約300～500萬kW·h，取得了較好的經(jīng)濟效益。

（3）主要電氣設(shè)備包括廠用變、勵磁變、高低壓配電柜、勵磁裝置集中安裝在高低壓室，并配備空調(diào)調(diào)節(jié)運行溫度；GIS設(shè)備、主變設(shè)備布置在室內(nèi)，這些大大改善了電氣設(shè)備的運行環(huán)境，有利于電氣設(shè)備運行檢修管理，提高了設(shè)備的可靠性。

（4）全站電氣設(shè)備及電纜更換是老電站改造的最大難點，一邊改造，一邊運行，安全是最大壓力。我們通過合理安排工期，優(yōu)化施工方案，加強現(xiàn)場安全監(jiān)督，施工期間未發(fā)生一起安全事故，在主要施工期的2015～2016年，電站均超額完成了全年發(fā)電生產(chǎn)任務(wù)。

（5）界牌樞紐檢修人員參與機電設(shè)備的安裝，提高了檢修人員的素質(zhì)，鍛煉了檢修隊伍，熟悉了新設(shè)備結(jié)構(gòu)和性能，為今后電站機電設(shè)備檢修維護創(chuàng)造了有利條件。