源口一級水電站技改增容及自動(dòng)化改造與實(shí)施

1、源口一級水電站技改增容及自動(dòng)化改造與實(shí)施源口一級水電站技改增容及自動(dòng)化改造與實(shí)施 浙江武義縣水利水電勘測設(shè)計(jì)所郎敏付蔽莉 浙江武義縣源口水庫管理處王曉明 摘要源 t7 一級水電站技改增容及自動(dòng)化改造是武叉水電杞村電氣化縣建設(shè)主要 項(xiàng)目,是浙江省八個(gè)自動(dòng)化試點(diǎn)電站之一 .電站存在裝機(jī)容量偏小機(jī)型老化 ,效率低絕緣老化和自動(dòng)化程 度低等問題 ,急需更新改造.改造原則是投資少 ,周期短 ,使用成熟的新技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備 .實(shí)施計(jì)劃周密 ,取 得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益 ,實(shí)現(xiàn)了電站運(yùn)行管理自動(dòng)化 ,信息數(shù)字化 關(guān)鍵詞水電站技改增容自動(dòng)化改造實(shí)施 概況 源口一級水電站為武義縣源口水庫壩后式電 站.該電站建于 l9

2、78 年,電站裝機(jī)容量 2000kW(2 X8OOkW+1X400kW), 電站多年平均發(fā)電量 697萬kW?h.電站設(shè)計(jì)水頭31m,流量8.5m/s.源口水庫總庫容2360m,水庫控制集雨面積 91km,后從另外流域引入水罩年均 2000萬III,發(fā) 電水量充沛 ,原裝機(jī)規(guī)模相對偏小 ,而水庫調(diào)節(jié)庫 容相對不大 ,年均棄水多達(dá) 2000萬 m.表 1 源口一級水電站原機(jī)組主要參數(shù)表機(jī)紕編I2"3 一水輪機(jī)型號 11124() WJ 一 7IHII23 一 WJ-5()瞪計(jì)水(f1)3IJ245泄汁流(I】額定轉(zhuǎn)速 (r/miIj)60()75() 發(fā) I 乜機(jī)型 I'SWI

3、43/4410rSW99378 發(fā)電機(jī)功率 (kW)800400 額定轉(zhuǎn)違 (r/mn)600750I £ j!fI 轉(zhuǎn)速(tttit)l370l80() 制造'采廣兩御州水輪廠機(jī)挺 淵逑器XT J00(1r電動(dòng) 閥門()l20()J1fll 閥(D80(j 聞 出 IJ 剮 197719711 60中國農(nóng)村水電及電氣化 20062 二水電站技改增容及自動(dòng)化改造的必要性1. 電站存在的問題源口一級水電站經(jīng) 20多年的運(yùn)行,機(jī)電設(shè)備 已陳舊 ,主要存在如下問題 :(1) 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪汽蝕嚴(yán)重 ,效率大為降低 ,尤 其是 3機(jī)組,限于當(dāng)時(shí)條什 ,選型不當(dāng) ,其轉(zhuǎn)輪 運(yùn)丄況與電站實(shí)際

4、工況偏差較大，致使運(yùn)行效 率降低 ,轉(zhuǎn)輪葉片局部已剝落 .(2) 發(fā)電機(jī)絕緣老化嚴(yán)重 ,其定子線圈為 B 級 瀝青絕緣 ,等級低, ltfB 差,極易受潮 .另外,由 于熱老化 ,電老化 ,機(jī)械老化等多種囚素的影響 , 使發(fā)電機(jī)定子線圈許多位置出現(xiàn)絕緣層流膠發(fā)空 裂紋以及槽楔 ,線圈線綁扎松動(dòng)等現(xiàn)象 ,無法滿足 機(jī)組安運(yùn)行的要求 .發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈對地和匝 間絕緣老化也較嚴(yán)蕈 .(3) 電站主變?yōu)镾JSL-4000/35屬國家明令 淘汰產(chǎn)品,尤其在 1989年冬季檢修期間 ,1OkV 線 圈繞組發(fā)現(xiàn)匝問短路 ,雖經(jīng)修復(fù) ,但隱患仍存 ,嚴(yán) 蟲危及機(jī)組安全運(yùn)行 .(4) 老式配電柜達(dá)不到 &quo

5、t;五防"要求,油開關(guān) , 隔離開關(guān)等一次設(shè)備巳陳舊老化 ,均屬淘汰產(chǎn)品 , 直流系統(tǒng)為鉛酸蓄電池 ,地多 ,維護(hù)上作量大 , 不符合環(huán)保要求 .2, 水量利用率偏小由于水庫制集雨積逃91km,多年平均來 水量】 .2 億 In, 另從相鄰流域引水 24kin, 引入水;ij 酶量年均達(dá) :000萬 Ill 以上 ,而水庫正常庫容僅為 2160Ill, 水庫多年平均棄水量多達(dá) 200O 萬 m, 斂使水量利用率低 ,有對電站進(jìn)行增容 ,才能增 加發(fā)電量 ,減少水資源浪費(fèi) .3. 農(nóng)村水電現(xiàn)代化建設(shè)的需要 源口一級水電站建于 1978 年,自動(dòng)化程度偏 低,不符合水利部 (農(nóng)村水電技術(shù)

6、現(xiàn)代化指導(dǎo)意 見提出的 "在農(nóng)村水電站發(fā)電 ,供電和經(jīng)營管理 爭面采用現(xiàn)代技術(shù) ,實(shí)現(xiàn)無人值班 ,少人值守 "的 要求,進(jìn)行閂動(dòng)化改造 ,對提高電站自動(dòng)化程度 , 減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度 ,提高電站運(yùn)行管理水 平是非常有必要的 . 三.電站技改增容及自動(dòng)化改造方案1. 原則的確定 根據(jù)源口一級水電站的實(shí)際情況 ,從經(jīng)濟(jì)性 , 合理性和 It,r 限性考慮 ,應(yīng)滿足下列原則 :原電站十 建J_程盡量保持原狀,以減少投資并縮短工期；原主機(jī)組基本尺寸保持不變 ,水輪機(jī)利用原蝸殼等 水下預(yù)埋件 ,氣,水管路基本不變 ;因地制宜 ,合 理采用同內(nèi)一些成熟的新技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備,以適應(yīng)農(nóng)村

7、水電技術(shù)現(xiàn)代化的需要 ,提高電站綜合自 動(dòng)化水平 .2. 機(jī)組增容的確定 根據(jù)電站現(xiàn)狀運(yùn)行情況 ,正常運(yùn)行水頭存3234in之間,根據(jù)流域規(guī)劃，源口水庫上游將建胯正常庫容1000萬ffl左右的水庫(F=41km), 減輕本水庫的防洪壓力 ,適當(dāng)提高源口一級站的 設(shè)計(jì)水頭是可行的 .最終確定電站的設(shè)計(jì)水頭為 32111最大水頭38m,最低水20m.電站裝機(jī)容 量由 2000kW 增容至 2500kW.3. 機(jī)組技改增容方案的確定(1) 水輪機(jī)選型 .根據(jù)電站技改增容的原則 ,電站引水系統(tǒng)不變，電站由2000kW增至2500kW; 水輪機(jī)蝸殼 ,導(dǎo)水機(jī)構(gòu) ,尾水管基本不變 ,更換水 輪機(jī)轉(zhuǎn)輪 ;發(fā)

8、電機(jī)更換定 ,轉(zhuǎn)子線圈 ,提高絕緣水 半，由原B/B級絕緣提高至F/F級絕緣，發(fā)電機(jī) 極數(shù)不變 ;要求單機(jī)機(jī)組最重什的吊運(yùn)重量不超 過橋機(jī)起吊重量 ;充分利用電站原油 ,氣,水管路 系統(tǒng).根據(jù)上述要求，1,2#水輪機(jī)在額定水頭的出力須達(dá)到l059kW,3機(jī)出力達(dá)到535kW,而 經(jīng)理論計(jì)算 ,原 l,2 機(jī)任額定水頭最大出力為970kW,3機(jī)為480kW,同時(shí)，原水輪機(jī)經(jīng)20 多年的運(yùn)行 ,轉(zhuǎn)輪葉片磨損 ,空蝕損壞 ,效率下降 , 現(xiàn)狀出力比理論計(jì)算更低 ,因而須更換新轉(zhuǎn)輪 ,才 能滿足增容的要求 .根據(jù)電站運(yùn)行水頭2038m的范圍，查中小型軸流式混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪系列型譜 ,適合電站 增容且效

9、率較高的轉(zhuǎn)輪型號有 II24O,HL240C,HLF13,因此,1,2 機(jī)初選 H240 WJ 一 74,IIL240C WJ-74,HLF13 一 WJ-74 三種機(jī),3#機(jī)初選 HL240 一 WJ 一 52,HI240C-WJ-52,IILF13 一WJ 一 52種機(jī)型分別進(jìn)行綜合分析比較 ,詳表2,表 3:表 21#,2水輪機(jī)三種機(jī)型參數(shù)比較表水輪機(jī)IH41)J 一 74【II241lC,A_ 卜 741ILI13 一 WJ74水兒(11/)32323單佗拼 f 蚺 單俯轉(zhuǎn)述 Ir/tl/it/7H787H流撼(1【1/s)3lj.83 .n7出力(kV)Ill5910591()59敞

10、書(,)910884)二.(1呲 IH 離虛(HI):.459 】4.3S柵窀轉(zhuǎn)造(r/iitin 161/11州)【1八州1E 迫轉(zhuǎn)速(r,fl1|fll3241378l41(1水推 JJ(t)5,8867l1.47最高救率 ("n929()8924表 33#水輪機(jī)三種機(jī)型參數(shù) E 匕較表51水輪機(jī)號 IIL240 一 WJ52il240C Wf 一 52IILI3 一 WJ水 fIl1)33j!啦他流疑【 堆他轉(zhuǎn)逑 (r,/Illil1)6969')流【ji',s)l881.')flj.f)出山 (kW)53553S535艘串l 啦跬 1 商鷹【 吉畦定轉(zhuǎn)

11、進(jìn) (r/'ll/i11)7507Sn75(1 逸轉(zhuǎn)速 (r/min)l4i962006水推()201)334.86f 箍高效率 )9290,892.4從表 2 看出,HLFI3 WJ-74 比 HL240C-WJ 74,HL240-WJ-74 額定點(diǎn)效率分別高出 3,6%和1,0%,且額定點(diǎn)單位流量為1.18m/s,限制工況點(diǎn) 單位流量為1.48m/S,說明該轉(zhuǎn)輪具有較大超發(fā) 能力,能較好滿足電站增容的要求 .從表 3看出, HL240-WJ 一 52額定點(diǎn)效率最高 ,但額定點(diǎn)正接近 中國農(nóng)村水電及電氣化 2006,261限制工況.HLFI3 WJ 一 52轉(zhuǎn)輪效率稍低査該水 輪機(jī)模

12、型綜合曲線 ,額定點(diǎn)偏離在高效率區(qū)的左 下方,隨著水的增加，效率下降.ttL240CWJ 一52 轉(zhuǎn)輪額定點(diǎn)接近高效率區(qū) ,水頭存額定水頭附 近變化，具有較高的效率，超發(fā)能力與HLF13 WJ 一 52相近.根據(jù)廠家報(bào)價(jià)，二三種號水輪機(jī)轉(zhuǎn) 輪價(jià)格相差無幾.綜上所述，1,2輪機(jī)型號最終擬選HLF13 WJ 一 74,3水輪機(jī)擬選HL240C WJ 一 52.主要技術(shù)參數(shù)見表 4.表 4 擬選水輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表倒號 I2 水輪帆 3水輪十 J【技術(shù)參數(shù) H【AII3 一 W 卜 74HI240C-WJ-52轉(zhuǎn)輪八:侄(1 - 額定水呔 (II1)3232最商水頭 (1I1)3838娃低水 (In

13、)2【】2(J額定流量(川額定川 力(kW1l()59535 額 r 莊點(diǎn)效棼 ()92.【】89.6 額定轉(zhuǎn)速 (r/mh1)60075(1 峨 m 島度(111)+4.3 牲 +4.89 乜逸轉(zhuǎn)速 (r/I/in)l4l0l%1 水推 JJ(t)9.4733l(2) 水輪發(fā)電機(jī)的技改增容 .l,2 發(fā)電機(jī) 原定子線圈采用 3 根 機(jī)為 2 根 l.25 x 3.9mm2銅線并繞而成，主絕緣為B級瀝青 繃云母帶 ,絕緣層較厚 .發(fā)電機(jī)增容改造通過定子 線圈更換新高耐壓薄絕緣結(jié)構(gòu)以增加導(dǎo)線截面 , 1,2定子線圈改成4 1.6X 4.6mm銅線并繞，3機(jī)改成2 1.7X 4.Oinm銅線并繞.

14、同時(shí)提高絕 緣耐熱等級至F級.1,2機(jī)轉(zhuǎn)子線圈原為2.63 X 30,3機(jī)原為1.95 X 22扁銅排繞制而成，每 共43.5匝，匝間和對地絕緣為B級絕緣，改造 后,轉(zhuǎn)子線圈增加lO%拼接在每只線圈卜，絕緣 更換成 F 級.發(fā)電機(jī)經(jīng)上述方案的技術(shù)改造 ,能達(dá) 到電站增容的目的 ,見表 5.(3) 輔助設(shè)備及水機(jī)附屬設(shè)備改造 .電站的輔助設(shè)備及水機(jī)附屬設(shè)備主要有起吊設(shè)備,消防設(shè)備調(diào)速器 ,供氣,供水系統(tǒng) .起吊設(shè)備主要承擔(dān)水 輪發(fā)電機(jī)組及輔助設(shè)備安裝 ,檢修時(shí)的設(shè)備起吊 -匸作.電站增容后發(fā)電機(jī)重量增加約l00kg,原來 62中國農(nóng)村水電及電氣化 2006.2 表5改造后水輪發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)型

15、l,!水輪發(fā)電帆3水輪發(fā)電機(jī) 技術(shù)鍪敬 ,SFWl(J00 一 l0/l430W5( 螂一 8/990 領(lǐng)定功書 (kW)lOOO51)1) 額定電 額定電流 Al 】額定轉(zhuǎn)淫 (1/mii1)600750 功率因索 0.8(滯后)0.8(滯后 ) 發(fā)也機(jī)嫂率 起吊設(shè)備可利用 ,不必更換 .供氣,供水對象電站 技改增容前后基本無變化 ,可繼續(xù)保留使用 .原 1#,2機(jī)調(diào)速器型號為 XT 一 1000,最.人操作功為 1000kg?m額定油壓25kg/cm,機(jī)組技改增容 后將1w,2機(jī)組與3機(jī)組丁，電動(dòng)操作系統(tǒng)改 為 BWT 一 1B 型可編程步進(jìn)微機(jī)調(diào)速控制器 ,該控 制器同時(shí)檢測機(jī)頻及網(wǎng)頻

16、,并按其差值進(jìn)行 PID 調(diào) 節(jié)，使機(jī)組頻率自動(dòng)跟隨網(wǎng)頻變化，并網(wǎng)速度快， 操作方便.根據(jù)規(guī)范,結(jié)合廠房現(xiàn)狀 ,消防設(shè)施需 增沒消火箱一只 ,增配若干 l2ll 滅火器 .(4) 電工(電氣一次)的技術(shù)改造 .源口級 站電氣主接線為三機(jī)一變擴(kuò)大單元接線 ,根據(jù)電 站技改的原則 ,原主接線方案不宜改動(dòng) ,仍采用三 機(jī)一變擴(kuò)大單元接線 ,考慮一級站裝機(jī)容量從 2000kW增容2500kW伺時(shí)兼顧下游二，三，四 級電站技改增容的可能性 ,做好長遠(yuǎn)規(guī)劃 ,主變從 4000kVA 更換為 5000kVA,號為 SS9-5000/35. 源口一級站原高壓開關(guān)設(shè)備為 GGlA, 固定式 開關(guān)柜，所裝SN少油

17、斷路器，隔離開關(guān)為GN型, 均為淘汰產(chǎn)品 ,需進(jìn)行更換 .考慮到原高壓開關(guān)維 護(hù)比較方便 ,從經(jīng)濟(jì) ,改造時(shí)問周期方面考慮 ,僅 把主要元件斷路器SN更換為ZN,和隔離開關(guān)GN 型更換為 GN 型即滿足要求 . 原直流系統(tǒng)為鉛酸蓄電池 ,維護(hù)工作量較大 , 且不環(huán)保 ,更換為免維護(hù)蓄電池 ,整流設(shè)備采用 PZG8 100/200型高頻開關(guān)電源，即可滿足電站控 制合閘及事故照明要求 .勵(lì)磁裝置功率單元采用三相全控橋 ,逆變滅磁，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用PLC 一 1A型可編程勵(lì)磁調(diào)節(jié) 器,并選配RS485通訊模塊，把PLC采集的發(fā)電 機(jī)組參數(shù) ,勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)實(shí)時(shí)傳送到計(jì)算機(jī)監(jiān)控 系統(tǒng) .4.電站自動(dòng)化改造

18、方案(1) 基本情況 .源口一級站建于 1978年,原來的操作系統(tǒng)多為上世紀(jì)七八年代的產(chǎn)品,運(yùn)行中主要有下列問題 :體積大,回路復(fù)雜 ,連接電纜 多,出現(xiàn)敝障不易查找 ,控制方式簡單 ,運(yùn)行人員 勞動(dòng)強(qiáng)度較大 ,嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行 . 為適應(yīng)當(dāng)代水電站的發(fā)展趨勢 ,變現(xiàn)機(jī)組 優(yōu)化運(yùn)行提高機(jī)組運(yùn)行可靠性 ,以實(shí)現(xiàn)無人值班 , 少人值守的農(nóng)村水電現(xiàn)代化目標(biāo) ,電站自動(dòng)化改 造選擇計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) .(2) 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能 .實(shí)時(shí)采集電站主 要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài) ,參數(shù);對電站各控制點(diǎn)和監(jiān)視 點(diǎn)進(jìn)行臼動(dòng)安全檢測 ,越限報(bào)警 ,事故順序記錄及 事故故障原 I 天 I 提示;具有良好的人機(jī)接口界面

19、,生 成各種運(yùn)行統(tǒng)計(jì)和報(bào)表 ;實(shí)現(xiàn)全廠優(yōu)化的自動(dòng)發(fā) 電控制和臼動(dòng)電壓控制 ;實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組的自 動(dòng)順序起停摔制 ;斷路器 ,隔離開關(guān)等重要電氣設(shè) 備投切操作以及監(jiān)視和其它自動(dòng)控制功能 .（3）計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置及特點(diǎn) .電站計(jì) 算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用全微機(jī)綜合自動(dòng)化監(jiān)控方式 （全微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) ,按無人值班 （少人值守 ）運(yùn)行 方式設(shè)計(jì) ,調(diào)度軟件采用杭州南望自動(dòng)化有限公 司的NJK2001.整個(gè)系統(tǒng)采用全分布開放式結(jié) 構(gòu),由電站控制中心系統(tǒng)和現(xiàn)地控制單冗組成 .控 制中心硬件設(shè)備采用 Intel 技術(shù) ,軟件適合開放系 統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行 ,并具有成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn) .操作系統(tǒng) 采用 Windows 操

20、作系統(tǒng) ,采用同際標(biāo)準(zhǔn)的基于 Windows 的全圖形用戶界面及網(wǎng)絡(luò)接口 ,并符合 開放系統(tǒng)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) .源 n 一級水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制中心設(shè) 備包括一臺廠級計(jì)算機(jī)兼操作員工作站 ,作為電 站的控制中樞 ;一臺通信/1=程師工作站 ,與廠長 終端,語音報(bào)警,（水情測報(bào) ）以及源口二,二,四 級站遙測軟件開發(fā)和人員培訓(xùn)之用 .一臺打印機(jī) ; 控制中心設(shè)備配置 VPS 和 GPS 衛(wèi)星時(shí)鐘各 ?套. 現(xiàn)地控制保護(hù)單元共四套 ,三臺機(jī)組對應(yīng)于 三套現(xiàn)地控制保護(hù)單元 ,變壓器 35kV 線路 ,壘 ,公用設(shè)備及 10kV 線路設(shè)一套現(xiàn)地控制單元 ,變 壓器,35kV線路及IOkV線路設(shè)保護(hù)單庀. 四.電站技改增容及自動(dòng)化改造的實(shí)施 源口水庫管理處于 2001年10月開始籌備 ,建 立電站技改小組 ,同年 I2 月委托設(shè)計(jì)單位完成技 改增容可研報(bào)告 .技改方案于 2003年 3月經(jīng)縣經(jīng) 貿(mào)局批文立項(xiàng) ,并經(jīng)招投標(biāo) ,落實(shí)了機(jī)電設(shè)備的生 產(chǎn)廠家.200