眉縣萬家塬水電站電氣設(shè)備技術(shù)改造淺論

雷娟（陜西省渭南市洛惠渠管理局陜西渭南715100）

眉縣萬家塬水電站電氣設(shè)備技術(shù)改造淺論

雷娟
（陜西省渭南市洛惠渠管理局陜西渭南715100）

眉縣萬家塬水電站建于上個(gè)世紀(jì)90年代，原機(jī)組設(shè)備技術(shù)落后、配置標(biāo)準(zhǔn)低，自動(dòng)化水平低，經(jīng)過多年運(yùn)行，電氣設(shè)備老化嚴(yán)重，安全隱患日益突出，嚴(yán)重影響了電站安全穩(wěn)定高效的運(yùn)行。文章在對(duì)這些問題分析的基礎(chǔ)上，提出了對(duì)電站電氣設(shè)備改造的技術(shù)措施和對(duì)策，提高了電站的安全生產(chǎn)能力和自動(dòng)化水平。

萬家塬水電站；電氣設(shè)備；技術(shù)改造

1　工程概況

萬家塬水電站位于眉縣橫渠鎮(zhèn)萬家塬村境內(nèi)。距橫渠鎮(zhèn)約12km，距眉縣縣城約40km。萬家塬水電站是石頭河水庫西安供水渠道上建設(shè)第三級(jí)水電站，也是寶雞市農(nóng)村初級(jí)電氣化縣建設(shè)的重點(diǎn)電源項(xiàng)目之一。始建于1997年10月，1998年12月28日并網(wǎng)發(fā)電。原電站設(shè)計(jì)水頭22.2m；最大水頭24.7m；最小水頭21.7m；發(fā)電引用流量5.76m3/s。電站安裝3臺(tái)同型號(hào)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量為320kW，總?cè)萘繛?60kW。實(shí)際多年平均發(fā)電量435萬kW·h，年利用小時(shí)數(shù)4531h。主接線采用單母線接線，經(jīng)一臺(tái)變壓器和一條10kV線路送出。主要建筑物為引水渠道，前池，壓力管道，主廠房，副廠房，尾水渠，室外變電站及宿辦樓等。發(fā)電電能通過12km輸電線路并入眉縣青化供電所。工程規(guī)模為小（2）型工程，工程等別為V等，主要建筑物為5級(jí)。

2　電站技術(shù)改造的原因及必要性

由于電站建于20世紀(jì)90年代，由于當(dāng)時(shí)的條件不足、技術(shù)水平落后，生產(chǎn)出來的設(shè)備普遍存在質(zhì)量差、精度低、設(shè)備兼容性低等問題；機(jī)組自動(dòng)化程度較低，且許多部件的零配件在市場上已買不到，電站經(jīng)過多年的連續(xù)運(yùn)行，機(jī)電設(shè)備部分老化失修、強(qiáng)度降低、故障率增高，相當(dāng)一部分電氣設(shè)備屬淘汰產(chǎn)品，設(shè)備隱患多，電站運(yùn)行的安全性、效率、可靠性低，電站經(jīng)濟(jì)效益不高。因此，進(jìn)行技術(shù)更新改造，對(duì)增加電站安全性，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。

3　電站電氣設(shè)備的現(xiàn)狀

3.16.3kV高壓柜

電站現(xiàn)使用的10kV GG-1A型高壓開關(guān)柜，為我國五十年代從國外引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的無“五防”設(shè)計(jì)的高壓開關(guān)柜，該柜型為固定式高壓開關(guān)柜，柜內(nèi)開關(guān)采用SN-10系列少油斷路器，柜頂母線裸露安裝，無“五防”設(shè)計(jì)要求，容易造成誤操作。目前，電力行業(yè)要求淘汰該產(chǎn)品。

3.2低壓配電屏及動(dòng)力控制箱

電站0.4kV低壓配電裝置由PGL-1型低壓配電屏組成，該屏為開敞式結(jié)構(gòu)，屏體不封閉、防塵、防火性能差、安全防護(hù)等級(jí)低，柜內(nèi)開關(guān)、母線裸露安裝、操作安全性差，目前為電力行業(yè)明確規(guī)定的淘汰產(chǎn)品，該配電裝置外殼、二次接線端子銹蝕嚴(yán)重，故障多、影響正常運(yùn)行。

3.3綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

電站當(dāng)年建設(shè)時(shí)期正處在國家計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場經(jīng)濟(jì)過度，由于資金、技術(shù)等原因，電站自動(dòng)化設(shè)備選擇的水平較低，控制、保護(hù)等設(shè)備主要由老式的繼電器來完成，電站在十年來的運(yùn)行中，經(jīng)常出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)、使天關(guān)跳閘而引起機(jī)組停機(jī)，保護(hù)、控制等設(shè)備損壞嚴(yán)重，設(shè)備的可靠性大大降低，近一段時(shí)間以來，其故障較多影響機(jī)組安全運(yùn)行。老式的電磁繼電控制設(shè)備，目前國內(nèi)沒幾個(gè)廠家生產(chǎn)了，訂貨已經(jīng)很困難，今后的設(shè)備維修備品更是難買到。由于電站自動(dòng)化水平低、設(shè)備可靠性差，頻繁跳閘對(duì)電網(wǎng)的沖擊大、威脅機(jī)組安全，電力部門每一次安全檢查，都要下發(fā)整改通知。

3.4直流電源系統(tǒng)

電站無直流電源系統(tǒng)，保護(hù)、操作電源為交流電源，可靠性差。

3.5勵(lì)磁系統(tǒng)

要使發(fā)電機(jī)安全和穩(wěn)定的運(yùn)行，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的性能是關(guān)健，電站現(xiàn)采用自復(fù)激可控硅勵(lì)磁方式，此方式故障較多、并網(wǎng)困難，影響機(jī)組安全運(yùn)行。

3.6調(diào)速器控制系統(tǒng)

萬家塬水電站不參與調(diào)頻，現(xiàn)調(diào)速器型號(hào)為TT-300，隨機(jī)組配套。該調(diào)速器僅作用于正常開、停機(jī)、調(diào)節(jié)正常有功負(fù)荷以及事故停機(jī)，純手動(dòng)操作。其結(jié)構(gòu)簡單、無油壓裝置，兼容性能差，如果與可控硅勵(lì)磁裝置配合，在事故停機(jī)時(shí)發(fā)電機(jī)開關(guān)跳閘聯(lián)動(dòng)跳滅磁開關(guān)，發(fā)電機(jī)失壓，調(diào)速器就失去操作電源而無法關(guān)機(jī)，常造成飛車事故。

4　電氣設(shè)備改造

4.1電氣設(shè)備改造內(nèi)容

結(jié)合萬家塬水電站電氣設(shè)備存在的問題，對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行改造，并提高電站的綜合自動(dòng)化程度，具體改造包括以下幾個(gè)方面：

①電站的10kV GG-1A型無“五防”設(shè)計(jì)的高壓開關(guān)柜進(jìn)行更換改造；

②低壓配電屏及動(dòng)力控制箱進(jìn)行更換改造；

③電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（機(jī)組控制、開關(guān)控制，機(jī)組、線路、變壓器保護(hù)）進(jìn)行更換改造；

④增加電站直流電源系統(tǒng)；

⑤電站勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行更換改造；

⑥電站調(diào)速器控制系統(tǒng)進(jìn)行更換改造。

4.2電氣設(shè)備選型

4.2.110kV高壓開關(guān)柜

根據(jù)電站具體情況，對(duì)電站10kV GG-1A型開關(guān)柜改造，采用更換改造的辦法，選用目前電力行業(yè)廣泛使用的XGN-10型固定式高壓開關(guān)柜，該開關(guān)柜設(shè)計(jì)的機(jī)械閉鎖裝置，采用“五防”設(shè)計(jì)，內(nèi)裝ZN28A-10Z型真空斷路器，安全性高、操作靈活方便，且柜體寬度、深度、高度與原開關(guān)柜相同，可利用原有土建基礎(chǔ)，大大節(jié)省了工程投資。

高壓開關(guān)柜內(nèi)的主要設(shè)備型式：

真空斷路器ZN28A-10Z，操作機(jī)構(gòu)為彈簧操作機(jī)構(gòu)；電流互感器LZZJ-10；電壓互感器JDZJ—6；氧化鋅避雷器HY5WZ1—10/27x2；帶電顯示裝置GSN—10；溫濕度控制器WSK-H（TH）。

整柜參數(shù)如下：

額定電壓10kV，額定電流1000A，最大工作持續(xù)電流1000A，頻率50Hz，絕緣水平：

①工頻耐壓42kV；

②沖擊耐壓75kV；

③動(dòng)穩(wěn)定電流63kA；

④熱穩(wěn)定電流和持續(xù)時(shí)間25kA/4s。

4.2.2低壓配電屏及動(dòng)力控制箱

對(duì)電站0.4kV低壓配電屏更換改造設(shè)計(jì)選用GGD型交流低壓配電屏，原動(dòng)力控制箱改造更換為XL-21型動(dòng)力控制箱。該屏是按照現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品選型設(shè)計(jì)的要求，采用黃金分割比的方法設(shè)計(jì)柜體和各部分的分割尺寸，使整柜美觀、大方，面目一新，具有安全、經(jīng)濟(jì)、合理、可靠、分?jǐn)嗄芰Ω撸瑒?dòng)熱穩(wěn)定性好，電氣方案靈活，防護(hù)等級(jí)高等特點(diǎn)。且柜體寬度、深度、高度與原開關(guān)柜基本相同，可利用原有土建基礎(chǔ)，大大節(jié)省了工程投資。

4.2.3綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

對(duì)電站綜合自動(dòng)化采用更換改造的辦法，設(shè)計(jì)選用目前水電行業(yè)普遍選用的先進(jìn)的、可靠的、有成功經(jīng)驗(yàn)的水電站微機(jī)綜合自動(dòng)化（水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控）設(shè)備。

監(jiān)控系統(tǒng)由廠級(jí)計(jì)算機(jī)層和現(xiàn)地控制單元組成，現(xiàn)地控制級(jí)有4臺(tái)LCU，分別執(zhí)行對(duì)應(yīng)于三臺(tái)機(jī)組，開關(guān)站/公用設(shè)備等的實(shí)時(shí)監(jiān)控。LCU即作為全廠監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)地控制層，向電廠級(jí)上行發(fā)送采集和各種數(shù)據(jù)、事件信息，接受電廠級(jí)的下行命令對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，在上位機(jī)或網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)又能獨(dú)立工作。因此在系統(tǒng)總體功能分配上，數(shù)據(jù)采集和控制操作的主要功能均由LCU完成。

4.2.4直流電源系統(tǒng)

對(duì)電站直流電源采用目前先進(jìn)的智能高頻開關(guān)免維護(hù)直流電源裝置。選用的型式為高頻單充電機(jī)電池單母線直流系統(tǒng)，型號(hào)為-220V/100AH，電池容量為100AH。

直流系統(tǒng)主要由高頻開關(guān)充電裝置，饋電、控制、絕緣監(jiān)測、母線調(diào)壓、電池及微機(jī)監(jiān)控等裝置組成。

4.2.5勵(lì)磁系統(tǒng)

對(duì)電站勵(lì)磁系統(tǒng)采用更換改造的辦法，設(shè)計(jì)選用現(xiàn)代微機(jī)勵(lì)磁裝置，該裝置除了可維持電壓恒定和無功調(diào)節(jié)外，還可維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定。微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是以微機(jī)為核心，輔以大規(guī)模集成電路而組成的新型勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置，該系統(tǒng)采有模塊化設(shè)計(jì)，具有功能齊全，軟件豐富，硬件電路少，結(jié)構(gòu)簡單，易于擴(kuò)展，維護(hù)方便，通用性強(qiáng)，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

勵(lì)磁系統(tǒng)采用微機(jī)型雙通道自并激晶閘管靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，它是由勵(lì)磁變壓器、功率整流裝置、滅磁裝置、轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)、微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、起勵(lì)裝置、勵(lì)磁控制保護(hù)裝置、變送器及儀表等部分組成。

4.2.6調(diào)速器控制系統(tǒng)

對(duì)電站調(diào)速器采用更換改造的辦法，設(shè)計(jì)選用高油壓微機(jī)調(diào)速器，其主要特點(diǎn)為：高油壓、體積小、簡單、可靠。本改造方案能保證水輪發(fā)電機(jī)組在空載時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，在機(jī)組并網(wǎng)后能保證機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定，并且各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

調(diào)速器電氣部分采用高可靠性進(jìn)口可編程；電液轉(zhuǎn)換部件采用高壓數(shù)字閥。壓油裝置壓油罐采用氣囊式蓄能器，油壓為16MPa。

5　結(jié)語

眉縣萬家塬水電站電氣設(shè)備的技術(shù)改造，效果顯著，各部分設(shè)備具有自動(dòng)化運(yùn)行水平，通過優(yōu)選先進(jìn)智能的電氣設(shè)備，電站在運(yùn)行的3年里，無任何的電氣設(shè)備事故發(fā)生，有效提高了電站運(yùn)行的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。陜西水利

（責(zé)任編輯：暢妮）

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