郭象赟，宋厚清

（1.濰坊市峽山水庫管理局，山東 濰坊 261325；2.山東省水利勘測設(shè)計院有限公司，山東 濟南 250014）

峽山水庫是山東省第一大水庫，坐落于山東省濰坊市，是一座集防洪、工業(yè)及生活用水、灌溉、發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用于一體的大（1）型水庫。峽山水庫水電站位于主壩北首，水能開發(fā)形式屬于梯極開發(fā)，一級站為河床式，1958年開工，1960年12月建成。二級站為明渠引水式，1968年6月開工，1970年12月建成。一級站安裝2臺650 kW發(fā)電機組和1臺500 kW發(fā)電機組，二級站安裝4臺200 kW發(fā)電機組，1臺75 kW發(fā)電機組，1994年增建1臺650 kW機組。工程投產(chǎn)運行至今，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟效益、社會效益。但由于機電設(shè)備陳舊落后、老化損耗嚴(yán)重，影響正常安全運行，難以發(fā)揮生產(chǎn)效益。為保證電站正常安全運行，充分利用水能資源，提高水電站運行效率和發(fā)電效益，需進行增效擴容改造。

1 存在的主要問題

1.1 主機及輔助設(shè)備

水電站水輪機性能落后，發(fā)電機效率低，B級絕緣，絕緣等級低。機組經(jīng)多年運行，轉(zhuǎn)輪汽蝕嚴(yán)重，水輪機出力下降，發(fā)電機絕緣老化嚴(yán)重，設(shè)備早已超過報廢年限，生產(chǎn)運行存在很大的安全隱患。輔助設(shè)備已經(jīng)嚴(yán)重老化，管路銹蝕，進口閘門不能正常關(guān)閉，難以滿足機組運行需要。

1.2 電氣一次設(shè)備

電纜老化嚴(yán)重，變壓器型號為SJL鋁芯油浸自冷式，損耗高；3.15 kV高壓配電裝置采用GG-1A型高壓柜，無防護措施，柜內(nèi)使用SN10少油斷路器。以上電氣設(shè)備均列入國家公布的淘汰產(chǎn)品目錄中，不能滿足現(xiàn)有的規(guī)程規(guī)范要求，必需予以更換。其他電氣設(shè)備經(jīng)40多年的運行，故障頻發(fā)，維修零部件無法購置。

1.3 電氣二次設(shè)備

水電站電氣二次設(shè)備自建成以來，從未進行更新改造，仍以老式的繼電器為主，主要結(jié)構(gòu)陳舊，性能落后，許多繼電器被列入國家淘汰產(chǎn)品目錄，電站事故頻發(fā)，不能發(fā)出正確的指令與信號，存在較大安全隱患，滿足不了最基本的運行管理要求。

2 水機改造方案

2.1 機組選型和改造方案

根據(jù)水文計算進行機組選型和機組改造方案對比，見表1。

由表1可知，一級電站方案一和方案二均可達到擴容目的。方案二雖然機組效率和性能相比方案一略差一點，但機電設(shè)備投資節(jié)省225萬元，根據(jù)電站目前實際情況，為節(jié)省投資，經(jīng)綜合比較，選用方案二更換葉輪和定子、轉(zhuǎn)子線圈方案。二級電站方案二原設(shè)備制造質(zhì)量差，改造困難，改造后機組性能差；方案一僅比方案二投資多70萬元，但整機更換后，不但能達到擴容目的，而且機組效率高、性能好，使用壽命長，本站為明流機組，更換新機組極為方便。綜合比較，選用方案一整機更換方案。

表1 電站機組改造方案比較表

2.2 改造結(jié)果

1）一級電站主機改造結(jié)果。將水輪機葉輪更換為ZDJP502－LH－180型水輪機葉輪，采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼材質(zhì)。設(shè)計水頭Hr=6.5 m、單機流量Qr=13.91 m3/s、葉輪直徑1 800 mm、水輪機轉(zhuǎn)速n=187.5 r/min、水輪機效率η=90%。按SF750-32/2840型號發(fā)電機更換原發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子線圈。發(fā)電機額定容量750 kW、發(fā)電機效率η=93%、電壓3 150 V、勵磁方式改為JL-12、調(diào)速器改為YWT-1000-G（組合式微機調(diào)速器，全部采用PLC控制，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)和控制，具有安全保護功能，高壓油系統(tǒng)同時滿足停機剎車要求）。改造機組3臺。

2）二級電站主機改造結(jié)果。將1#～4#原水輪機ZD760-LM-120更換為ZDT03－LM－120型水輪機，葉輪采用0Cr13Ni4Mo不銹鋼材質(zhì)。設(shè)計水頭Hr=4.7 m、單機流量Qr=6.5 m3/s、葉輪直徑1 200 mm、水輪機轉(zhuǎn)速n=250 r/min、水輪機效率η=89%、1#～4#原TSL173/17-24型發(fā)電機更換為SF250-24型發(fā)電機、發(fā)電機額定容量250 kW、電壓400V、發(fā)電機效率η=93%、勵磁方式改為可控硅勵磁、調(diào)速器改為YWT-600-G（組合式微機調(diào)速器，全部采用PLC控制，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)和控制，具有安全保護功能，高壓油系統(tǒng)同時滿足停機剎車要求），傳動方式為直聯(lián)。5#原水輪機ZD760-LM-80更換為ZDT03-LM-80、設(shè)計水頭Hr=4.7 m、單機流量Qr=2.68 m3/s、葉輪直徑800 mm、水輪機轉(zhuǎn)速n=478 r/min、水輪機效率η=88%、5#原發(fā)電機T-75-6更換為SF100-8、額定容量100 kW、額定轉(zhuǎn)速750 r/min、額定電壓400 V、發(fā)電機效率η=92%、勵磁方式為可控硅、傳動方式為直聯(lián)、調(diào)速器改為YWT-300-G（組合式微機調(diào)速器，全部采用PLC控制，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)和控制，具有安全保護功能，高壓油系統(tǒng)同時滿足停機剎車要求）。

2.3 輔助設(shè)備改造

1）起重設(shè)備。一級原手動吊車更換為電動單梁橋式起重機LDA-10，起重量10 t，跨度Lk=8 m。二級原手動吊車更換為LDA-5型電動單梁橋式起重機，起重量5 t，跨度Lk=6.5 m，地面操作形式。2）油氣系統(tǒng)。原來油氣系統(tǒng)用于機組頂轉(zhuǎn)子、制動，現(xiàn)在采用的YWT-1000-G、YWT-600-G型組合式微機調(diào)速器，通過中間油站裝置不但能實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)和控制，還具有安全保護功能，其本身的高壓油系統(tǒng)能同時滿足停機剎車要求，故不再設(shè)氣系統(tǒng)。3）供排水系統(tǒng)。采用YQS200潛水泵接ACS510變頻調(diào)節(jié)器，同時在供水系統(tǒng)中加裝壓力報警器，一級排水采用自然排水和自動系統(tǒng)排水相結(jié)合，二級采用自然排水經(jīng)蝸殼到尾水。

3 電氣改造方案

3.1 一級水電站主接線

水電站3臺水輪發(fā)電機組，單機容量750 kW，發(fā)電機電壓3.15 kV，升壓變壓器1臺，容量為3 150 kVA。變壓器高壓側(cè)經(jīng)斷路器接入10 kV母線。10 kV母線為單母線接線。10 kV出線經(jīng)斷路器、電纜接、隔離開關(guān)接入10 kV架空線路終端桿。3.15 kV側(cè)配一臺站用電的變壓器，容量為80 kVA（裝柜內(nèi)）。站用電0.4 kV為單母線接線，并由二級水電站引來低壓電源電纜做備用電源。

3.2 二級水電站主接線

水電站共5臺水輪發(fā)電機組，4臺250 kW、1臺100 kW水輪發(fā)電機，總?cè)萘? 100 kW，發(fā)電機電壓0.4 kV，升壓變壓器2臺，4臺250 kW機組設(shè)1臺容量為1 600 kVA變壓器，變比為10/0.4 kV，1臺100 kW機組接1臺容量為160 kVA變壓器（含站用電），變比為10/0.4 kV。變壓器低壓側(cè)經(jīng)低壓電纜（低壓母線）、斷路器接入0.4 kV母線，0.4 kV母線為單母線。10 kV出線1回，經(jīng)隔離開關(guān)接入10 kV架空線路。

3.3 主要電氣設(shè)備選擇

1）一級水電站設(shè)備選擇。變壓器選擇S11-3150-10.5±5%/3.15新型油浸升壓變壓器1臺，發(fā)電機高壓柜采用KYN28A-12（G）型，低壓配電系統(tǒng)采用GGD2系列成套低壓柜。3.15 kV及10 kV高壓電纜選用YJV22型銅芯交聯(lián)聚乙稀絕緣鎧裝電力電纜。低壓電纜采用YJV型銅芯交聯(lián)聚乙稀絕緣聚氯乙稀護套電力電纜?？刂齐娎|選用KVV型銅芯聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套電纜。

2）二級水電站設(shè)備選擇。變壓器選擇S11-1600-10.5±5%/0.4新型油浸升壓變壓器1臺，選擇SC11-160-10.5±5%/0.4新型油浸升壓變壓器1臺。5臺水輪發(fā)電機組均選用三合一型發(fā)電機控制柜。該控制柜將發(fā)電機控制、勵磁、同期設(shè)備等集中于同一柜內(nèi)，每臺水輪發(fā)電機組均配設(shè)1塊三合一控制柜。

低壓配電系統(tǒng)采用GGD2系列成套0.4 kV開關(guān)柜。高壓柜采用XGN-10型，10 kV高壓電纜選用YJV22型銅芯交聯(lián)聚乙稀絕緣鎧裝電力電纜。低壓電纜采用YJV型銅芯交聯(lián)聚乙稀絕緣聚氯乙稀護套電力電纜。控制電纜選用KVV型銅芯聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套電纜。

4 改造特點

4.1 主機改造

一級電站充分利用原來發(fā)電機外殼，將原來TSL284/19-32發(fā)電機組定子和轉(zhuǎn)子線圈進行了更換，將原來的絕緣等級由B級提高到F級，大大提高了設(shè)備的絕緣水平和抗老化能力，發(fā)電機效率達到93%，水輪機效率為90%。二級水電站將原75 kW發(fā)電機T-75-6更換為SF100-8，額定容量100 kW；水輪機和發(fā)電機效率分別為89%、93%。一、二級站不銹鋼轉(zhuǎn)輪的使用，大大增強了輪葉抗汽蝕能力，進一步降低了轉(zhuǎn)輪的維護成本。

4.2 勵磁方式

一、二級站由勵磁機自并激和三相橋式硅整流改變?yōu)榭煽毓鑴畲牛瑥氐赘淖兞嗽瓉韯畲欧绞讲环€(wěn)定、失磁、故障率高的問題。

4.3 新型調(diào)速器

一、二級電站調(diào)速設(shè)備由原來XT-1000及電動渦輪蝸桿調(diào)速器改為YWT-1000-G、YWT-600-G、YWT-300-G型組合式微機調(diào)速器，全部采用PLC控制，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)和控制，具有安全保護功能，高壓油系統(tǒng)同時滿足停機剎車要求。

4.4 電動行車

一、二級站將原手動吊車更換為電動單梁橋式起重機LDA-10，LDA-5，起重量10 t和5 t，為便于安裝將吊車加裝變頻調(diào)速，大大提高了吊車的運行穩(wěn)定性。

4.5 計算機監(jiān)控系統(tǒng)

電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用開放分層分布式結(jié)構(gòu)，IEEEC802.3以太網(wǎng)（TCP/IP）實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，具有先進、開放、標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，滿足無人值班、少人值守要求。系統(tǒng)實時性好，抗干擾能力強，適應(yīng)電站的現(xiàn)場環(huán)境。人機接口功能強，人機界面采用中文，操作控制方便、靈活。系統(tǒng)實時性好，抗干擾能力強，計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟硬件安全可靠，能適應(yīng)電站現(xiàn)場環(huán)境的要求。

5 結(jié)語

峽山水庫水電站增效擴容改造完成后，一級電站機組綜合效率達83.7%，二級電站達82.77%，增效成果明顯。增效擴容后2018年試車并投入運行，2019—2021年完成發(fā)電量逐年攀升，發(fā)電量增效幅度達20%以上，取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益。改造后自動化程度高，大大減少了運行維護人員，節(jié)省運行維護成本，提高工程運行效率。