鴨水水電站增效擴容改造的主要措施及經驗

何雪梅

（廣西桂水電力股份有限公司龍州發電分公司，廣西龍州532400）

鴨水水電站增效擴容改造的主要措施及經驗

何雪梅

（廣西桂水電力股份有限公司龍州發電分公司，廣西龍州532400）

結合廣西龍州縣鴨水水電站的增效擴容改造，分析老舊水電站普遍存在的問題以及改造措施和方法，介紹水電站綜合自動化系統主要設備及其作用，總結改造的不足之處，可供相關水電站增效擴容改造借鑒。

水電站；增效；擴容改造

鴨水水電站位于廣西崇左市龍州縣上降鄉鴨水村附近，是左江上游支流——平而河在中國境內下游河段建設的一座水電站，電站壩址位于龍州縣城上游19 km處，是平而河水能資源綜合利用開發的第1個梯級水電站，屬壩后式水電站。電站共安裝3臺水輪機型號為ZD510-LH-180的軸流定槳式水輪發電機組，總裝機容量3×1 250=3 750 kW，設計水頭10.2 m，發電引用流量15.6 m3/s，多年平均發電量770萬kWh.電站于1972年12月開工建設，1977年7月投產發電。

鴨水水電站電氣主接線如圖1所示，發電機額定電壓6.3 kV，1#、2#機采用擴大單元接線經1#主變升壓至35 kV母線，3#機采用發電機—變壓器單元接線，經2#主變升壓后接至35 kV母線，電站僅設一回35 kV出線至龍州城東變。

圖1 鴨水水電站電氣主接線

1 電站改造前存在的主要問題

鴨水水電站機電設備投產發電至今，機組使用的ZD510-LH-180水輪機轉輪，經過40多年的運行，轉輪葉片長期受水力沖擊發生塑性變形，并且經多年運行檢修過程中的修補，轉輪葉形已遠偏離原始的翼形，轉輪氣蝕、磨損嚴重，葉片變薄，漏水量加大，容積損失增加，水輪機水力效率下降嚴重，加上受投產當時的設計、生產條件限制，水輪機的效率普遍較低，機組在額定工況下已無法達到額定出力值。

對于發電機，其生產運行時間已超過設計生命周期，發電機定轉子線圈絕緣材料老化嚴重，可靠性降低，存在明顯的缺陷和安全隱患，故障頻發，直接影響到了機組的安全和穩定運行。另外，由于電站建成投產時間長，主變壓器、水輪機調速器、發電機勵磁系統、各種基礎自動化元件、電氣設備、監控設備、繼電保護設備等受當時制造工藝和技術水平的限制，設備老化嚴重，可靠性低，故障率高，自動化控制功能基本失效，遠無法滿足當今水電站“無人值班（少人值守）”運行管理方式的要求，技術落后，經濟效益低下。

2 電站增效擴容改造主要措施

結合國家財政部、水利部關于農村水電增效擴容改造財政補助資金政策及相應政府部門的批復文件，2012年7月啟動了電站的增效擴容改造設計工作。根據電站存在的上述問題，開展了充分的研究和討論，受電站現有廠房結構、流道尺寸和大壩高程等無法改造的因素影響，形成了保持電站原有裝機容量，通過增效改造提升機組水能轉換效率和發電效率，新增年發電量359萬kWh，通過增效實現增加46.6%年發電量的總體方案。此外，通過水電站自動化改造，提高水電站綜合自動化技術水平，提升水電站生產的安全性和可靠性，在減人增效的同時，提高電站的運行和管理效率，提升電站的經濟效益，具體措施如下。

2.1 水輪機改造

根據電站的設計參數，經過方案論證和比較，選擇采用ZDK400-LH-180轉輪更換原有轉輪。新轉輪葉片采用ZG0Cr13Ni4MO不銹鋼材料，輪轂采用ZG20SiMn材料，并明確要求轉輪葉片型線必須采用數控機床加工，保留原水輪機大軸，轉輪加工后必須與原大軸校好同軸度并配鉆銷。

對水輪機活動導葉前、后封水線采用鋪焊不銹鋼板后精加工制造，確保達到導水機構密封的驗收標準要求；對主軸密封平板橡膠接觸面進行研磨，如厚度不夠補焊或更換，更換平板橡膠；對導水機構、主軸密封修復及更換后的機組擺度應不超過GB8564-2003《水輪發電機組安裝驗收技術規范》允許值。

更換水輪機轉輪后，水輪機在額定水頭8.5 m和額定轉速及允許吸出高度范圍內，水輪機軸出力不得低于1 350 kW，水輪機最大軸出力達1 403 kW，機組最大出力達1 300 kW.在大于額定水頭條件，機組額定出力超過10%~15%范圍內，水輪機應保證持續安全運行。在額定水頭和額定出力下，水輪機的效率不低于90%.

2.2 發電機改造

發電機的改造應配合水輪機的改造進行，總體方案為去掉勵磁機部分，保留發電機的軸系、轉子中心支架、定子機座及定子鐵芯，更換發電機的定子、轉子線圈并將發電機絕緣由B級升至F級。

由于發電機投產已近40年，線圈絕緣老化嚴重，為確保本次改造后發電機的使用壽命，在發電機線圈回裝前應檢查和校驗發電機定子鐵芯是否存在片間絕緣損壞以及損耗是否滿足要求。因此應在發電機線圈回裝前通過發電機定子鐵芯損耗試驗，測量定子鐵芯的單位損耗，測量鐵軛和齒部溫度，檢查各部溫升是否超過標準值，綜合判斷定子鐵芯片間絕緣是否良好，有無短路。

改造完成后的發電機效率不應低于92.6%，發電機絕緣達到F級要求，在發電機上方垂直距離1 m處測量的平均噪聲水平，應不超過85dB，耐壓試驗結果符合規范要求。

2.3 調速器改造

基本PLC控制的高油壓微機調速器采用PLC為控制器，以標準液壓元件為控制執行元件，技術成熟，工作可靠，質量穩定，成本低，已成為中小型水輪發電機組調速器的常規配置。結合電站的改造，經調速功核算，采用集高油壓裝置于一體的YWT-1800 -16微機調速器替換原有的機械液壓調速器，拆除原有調速軸，安裝新的高油壓接力器以及導葉開度反饋裝置，配置與綜合自動化系統的接口，與電站綜合自動化系統聯成一個整體。

2.4 勵磁系統改造

為配合電站的綜合自動化改造，對機組的勵磁系統進行改造。采用自并勵方式的微機勵磁系統替換原有的勵磁系統，通過機端的勵磁變提供發電機勵磁電源，采用廠用直流電源作為起勵電源，配置綜合自動化系統的接口，與電站綜合自動化系統聯成一個整體。

2.5 綜合自動化控制及保護改造

（1）機組控制及保護改造。在機旁盤設置機組LCU屏一塊，配備機組PLC一臺，機組同期裝置、發電機（3#機采用發變組方式）微機保護、機組調節控制面板各一套，用于實現機組的自動監控與保護，包括機組開機控制、停機控制、事故停機控制以及緊急事故停機控制，機組運行方式切換，機組現地/遠方控制切換以及發電機的主保護、后備保護等。

（2）機組測溫制動控制改造。在機旁盤設置機組測溫制動屏一塊，配置發電機上導、推力、下導、水導軸瓦溫度監測的數字溫度顯控儀以及發電機定子鐵芯和繞組溫度監測的溫度巡檢儀實現發電機溫度的監測與報警；配置轉速信號裝置，在機組運行過程中分別發出≤5%額定轉速（機組停機過程中判斷機組全停信號）、≤35%額定轉速（機組停機過程中投入制動控制信號）、≥80%額定轉速（機組開機過程中用于起勵控制信號）、≥115%額定轉速（機組轉速升高事故停機信號）、≥140%額定轉速（機組轉速過高緊急事故停機信號）接點信號用于機組的控制；配置氣動剎車系統一套，有現地手動控制和遠方自動控制功能，在機組停機過程中轉速下降至35%額定轉速時自動投入剎車，使機組盡快全停下來，防止機組低轉速長時間運轉從而燒毀軸瓦；配置一套剪斷銷信號裝置，當機組剪斷銷被剪斷時及時發出報警及控制信號。

（3）主變及線路保護改造。在中控室設一塊綜合保護屏，配置2#主變及線路的微機保護裝置，完成2#主變的電量、非電量保護以及線路保護，在發生2#主變或線路事故時能迅速將事故設備從系統中解列出來。

（4）公用控制部分改造。在中控室內設公用LCU屏及計量屏各一塊，配置PLC一臺，用于電站集水井排水系統、壓縮空氣系統、電動隔離開關等公用設備的位置監測和自動控制；配置通訊服務器一臺，用于實現站內各類設備之間的信息交換及通訊管理；配置一臺GPS衛星對時裝置，用于接收衛星授時信號并將對時信號傳送至每一臺計算機裝置，實現站內各計算機的校時，從而統一各計算機的時間；配置一套同期裝置，實現主變高壓側及線路的同期。將全站的計量集中于一個屏內并放置在中控室內，以便巡查和記錄電量。

（5）廠用直流電改造。考慮電站的斷路器已全部更換為彈簧儲能式斷路器，其分合閘電流已在2 A以下，考慮到改造后的廠用直流電主要負荷為斷路器分合閘線圈、機組起勵、后臺監控計算機用逆變電源以及各保護測控裝置，廠用直流電改造采用具有絕緣監測和集中監控功能的65 Ah容量的直流系統來代替傳統的大容量直流浮充電系統。

（6）廠用交流電改造。電站廠用電采用雙電源供電方案見圖2，兩臺站用變（41T、42T）低壓側經空氣開關401、402后，再雙電源自動切換開關（簡稱ATSE）403接至400 V廠用交流電母線。ATSE根據兩路進線電源的情況，自動切換實現廠用電源的供電，當工作電源故障時會自動切至備用電源上，確保廠用電供電的可靠性。此方案無論從供電可靠性、操作簡化性、維護方便性均優于原來的廠用電備自投裝置。

圖2 廠用電雙電源供電方案

3 結束語

2015年7月28日鴨水水電站3臺水輪發電機組增效擴容改造完成并進行了空載試驗和甩負荷試驗，2015年7月31日完成了72 h試運行并投入生產運行，機組出力達到了設計要求，機組運行過程中各處振動、擺度、噪音明顯優于改造之前，機組軸承溫度、發電機電壓、電流等均在正常范圍內，可在電站中控室實現一鍵開停機、機組自動并網、機組功率調節控制、電站運行參數監控以及斷路器遙控等功能，電站的綜合自動化達到了“無人值班、少人值守”的技術水平。經過一年的運行，總體情況良好，唯一不足之處是機組的自動化元件容易出現問題，直接影響到電站的自動化運行水平，建議在電站改造中選用質量過硬的自動化檢測和執行元件。

Main Measures and Experiences for the Improvement of the Efficiency and Capacity Expansion of the Water Power Station of the Duck

HE Xue-mei
（Guangxi Power Limited by Share Ltd，Longzhou Branch，Longzhou Guangxi 532400，China）

Combined with the Guangxi Longzhou County water duck hydropower station efficiency expansion transformation，analysis of old hydropower problems and reform measures and methods，the hydropower station integrated automation system of main equipment and its function，this paper summarizes the inadequacies of transformation，for hydropower station expansion transformation efficiency reference.

hydropower station；efficiency；expansion and transformation

T V734

B

1672-545X（2016）09-0161-03

2016-06-29

何雪梅（1972-），女，廣西龍州人，助理工程師，研究方向：水電站運行與維護。