世界幾大水電站的升級改造

運行與管理

世界幾大水電站的升級改造

水電站廠房設備的升級改造有助于延長其工作壽命，還有助于提高效率甚至增加發電量。以中國臺灣、挪威、芬蘭、瑞士、瑞典、南非等幾座水電站廠房機組升級改造為例，介紹了水電站廠房設備升級改造的最新資訊以及對廠房設備升級改造方案有幫助的市場產品信息。

水電站廠房；水電站機組；升級改造

1 中國臺灣明潭水電站的升級改造

中國臺灣電力公司近來委托美國通用電氣公司(GE)的電力轉換業務部為明潭抽水蓄能電站提供升級改造服務，通過升級改造，該水電站的使用壽命將延長20 a。

明潭抽水蓄能電站是臺灣最大的水電站，裝機容量1 602 MW，在地區清潔能源供應方面起到重要作用。根據服務合同，GE公司將升級改造兩組啟動變頻器(SFC)控制系統，以此提高電站的諧波水平。此外，GE公司也將提供不間斷供電(UPS)系統并進行工廠驗收試驗(FAT)及現場測試。這些工作不影響電站的正常運行。GE公司的解決方案也將允許以熱能和水能啟動電機。

GE公司提供的SFC控制系統同樣可應用在隸屬于臺灣電力公司的熱電站。

2 挪威兩大水電站的升級改造

德國福伊特水電公司已與錫拉-克維納克拉夫賽爾斯卡普DA(Sira-Kvina Kraftselskap DA)公司簽署了為通斯塔德(Tonstad)、索爾霍姆(Solhom)兩大水電站廠房控制系統升級改造的合同，合同金額為3 890萬美元(3.2 億挪威克朗)。

合同內容包括兩座電站控制系統、電力輔助系統的升級和現代化改造，將其舊的繼電器控制系統升級為基于可編程邏輯控制器(PLC)的繼電器控制系統。除了機組的控制系統外，還會對復雜中壓系統和超高壓系統的保護控制系統進行升級改造。

通斯塔德水電站是挪威最大水電站，其年均發電量達3 800 GW·h。因此在挪威能源供應方面作用重大，并于1968年首批加入國家能源網。增容改造自2017年春從輔助系統開始，將進行一年一度的逐步調試。全部5臺機組的新控制系統將在2018～2022年期間試車。

索爾霍姆水電站升級改造的一部分將于2019年與輔助系統調試安裝同步進行，機組的新控制系統將于2020年和2021年進行安裝。該水電站裝配兩臺混流式水輪機，年均發電量為695 GW·h。通斯塔德水電站與索爾霍姆水電站總計向大約230 000戶家庭供電。

這兩座水電站項目經理表示，升級改造工程著實令人激動但也任務艱巨，其中存在多項技術挑戰。在升級改造中必須保證另外的機組能滿負荷運行。得益于有豐富的經驗及與客戶的密切合作，這支高效專業團隊才能按期圓滿完成任務。

福伊特水電公司首席執行官(CEO)助理補充到，很榮幸獲得錫拉-克維納公司的這個知名項目，這是挪威水電市場中能獲得的最大單項自動化合同。

3 世界知名公司承擔的水電站改造項目

3.1 芬蘭電力機械公司

電站廠房中最重要的設備當然是水輪機與發電機。近來在世界范圍內完成的水電站升級改造項目都增大了電站發電量。以芬蘭為例， 2016年11月份努朱阿(Nuojua)水電站一臺舊機組進行了現代化改造，裝機容量從25 MW增加到 34.2 MW。

電力機械公司(Power Machines)制造并提供了帶有推力軸承基座的水輪發電機定子，監督安裝，并進行了調試，這標志著努朱阿水輪發電機3臺機組現代化改造工程正式啟動。

幾家聯合企業在2014年共同簽署了水電機組現代化改造的協議，并共同完成了附屬設備的拆解、裝配及供應。

3.2 美國通用電氣公司

在美國GE公司可再生能源部宣布更換努朱阿電站的3臺臥式水輪機后，瑞士沃利斯地區的莫泰克(Mottec)水電站的裝機容量也有望從69 MW增加到88 MW。

在已簽署的一份協議中，GE公司將為這座運行了57 a的電站設計、制造并輸送新的發電機。該設備設計工作將由GE公司小水電卓越中心承擔，之后由同樣位于西班牙畢爾巴鄂的新發電機廠制造。新機組變壓器容量為37 MVA，優于GE公司FMG項目的29 MVA。預計該項目首臺發電機將在2018年投入使用。

3.3 瑞典CKO公司

瑞典CKD Blansko股份公司贏得了瑞典境內瓦辛科斯基(V?ssinkoski)水電站廠房更新改造的合同。根據合同，CKD公司需對水輪機徹底改造。該公司也將與其他公司合作，對水輪機實施改造。

瓦辛科斯基水電站自1967年便開始投入運行，該電站座落在烏沙(Orsa)市和斯韋格(Sveg)市之間的厄勒(Ore?lven)河上，并配有一臺輸出功率11.6 MW、轉輪半徑1 545 mm的單個混流式立式水輪機。該電站即將于2017年完工。

3.4 德國福伊特公司

早在2016年6月，福伊特公司宣布將對南非德拉肯德堡(Drakensberg)抽水蓄能電站的3臺發電機進行現代化改造。這項投資1 100萬歐元的項目包括這3臺發電機直到2018年正常運行期間的制造、安裝及調試。

這是福伊特公司從德拉肯德堡水電站獲得的第一筆訂單，該電站機組由南非能源供應商艾斯科姆(Eskom)公司安裝。投標期間，福伊特公司用技術理念說服運營商通過專業措施提高發電機性能。

福伊特水電公司德拉肯德堡項目電力專家與技術支持部經理阿爾托夫表示，采取這些措施可降低機組運行溫度及機械振動，因此其運行壽命能大大延長。機組更新后至少能延長40 a的使用壽命。

德拉肯德堡水電站總裝機容量為1 000 MW，在南非同類項目中排名第二。該水電站最獨特之處為其電站廠房完全建在地下。4臺可逆式水泵水輪機全部置于地下，只有輸電線桿和線路能地面可見。該電站從1981年運行至今，對穩定電網貢獻頗大，并能產生所需的發電量或儲存盈余電能，從而對電力需求波動性迅速做出反應。多目標效益電站的靈活性對南非電網穩定及電力供應質量都非常重要。

4 電站數字化管理與設備管理平臺

GE公司于11月份宣布將極力向電站業主、電網運營商和能源管理者推廣應用基于Predix平臺的軟件系列。GE公司為水電運營商展示了數字水電站，即GE公司第4代基于Predix平臺數字電站解決方案。GE公司在聲明中表示，數字水電站延伸了GE公司的水電數字化解決方式，產生直接效益，包括最高降低10%的維護費，電站運用效率增加1%并最高增加3%的收益。

數字水電站引入了一套軟件應用程序和硬件解決方案，來幫助水電客戶在電站使用年限期間提高其可靠性、效率、網絡安全和利潤。該系列包括：

(1) 資產績效管理(APM)。Predix平臺的APM能幫助水電站最高降低10%的維護費。異常預測檢測和長期預測能提前數小時或數周警示故障。GE公司表示，APM能通過消除水電站計劃外停機并預測維修情況而使發電量增加1%。

(2) 運行優化。此應用程序向電站運營商提供了基準數據關聯的電站性能，并在如何提高產能、效率及靈活性方面給出了建議。這樣就提高了生產力，降低了發電成本(LCoE)并加強了停運管理(從空轉至滿負荷運行整個過程用時不到80 s)。該軟件著重于熱性能指標(表示輸出功率或效率的可能損耗)和操作靈活性(電站如何充分滿足運行需求)。

(3) 業務優化。水供應的多變性使水電站運營商很難在招投標時期作出準確預測。GE公司的業務優化應用能通過比較歷史數據與基準數據來提高短期和長期發電量預測的精確度，潛在增加3%的發電量。

2016年6月，GE公司在明尼阿波利斯的國際水電展上展示了其最新的水電站數字智能狀態監測系統(iCMS)。

作為GE公司資產績效管理方案的一部分，iCMS使用機器學習系統來提高電站的監控維護效率，并能額外產生最高1%的發電量。該系統收集并分析了一些像溫度、振動速度、加速度、角速度之類的實時數據，以此找尋電站機械、電子方面的故障或失能的早期跡象。然后電力企業和GE公司工程師就可以通過特別定制的虛擬現實人機界面訪問數據，該界面可將信息轉換為交互式直觀可視的實體畫面。所有這些分析都會報告給預測模型，以識別并診斷出未來可能會出現故障的組件，使維修程序盡可能順利、快捷。

iCMS已用于支持位于法國西南的由EDSB公司運行管理的蓬特鮑爾迪(Pont Baldy)水電站。自2015年12月起，iCMS每月會收集和分析大概2 TB的原始數據，并分析處理公司早前收集的歷時3 a的溫度、維修和停機等數據。因此，GE公司能生成對水輪機組件剩余壽命診斷性的評價，計算電站的健康指數，并提出運行和維護方面的建議。

2016年年初，艾默生公司(Emerson)宣布推出全面資產測控平臺，以提高可靠性及電站發電效率。

AMS ARES設備管理平臺是設計用來按優先順序排列并發布資產及設備健康數據的平臺，使維護決策能夠改善運行狀況，并提高資產的利用率。該公司表示，無論何時何地，用戶都能在安裝有資產健康概要分析程序的傳統臺式電腦、筆記本電腦、智能手機、電站內外的平板電腦上安全訪問、共享關鍵數據。

AMS ARES設備管理平臺的引入代表著AMS技術和服務朝著新現代投資組合演變，集中提供數字智能工具來幫助客戶更有效地運行管理其電站和資產。作為艾默生公司電網數字生態系統的一部分，AMS ARES設備管理平臺利用多項傳感技術收集數據并整體評估廠房設備資產當前的健康狀況。

基于Persona開發的信息準入程序能確保具備相應資格的電站工作人員即時獲得明晰的資產健康狀況概要。根據危機程度分配優先級的流線型儀表盤和嵌入式工具，便于用戶快速確定問題的危機程度，促使工作流程加快，增加電站效益。

電站工作人員在需要時要適時掌握資產健康狀況。艾默生公司自動化解決方案業務開發部副主席表示，公司致力于提供問題出現前的預防性問題信息的解決方案。通過提供一個安全、靈活、易于部署，且能就多類資產問題進行溝通的平臺，能以最少的努力并在合適的時間向所有相關人員提供資產健康數據。

AMS ARES平臺標志著一個從數據管理到輸送決策見解的顯著轉變。資產可視化程度越高，并非意味著能獲取更多的數據。AMS ARES平臺根據職責發布信息，因此每個人都只會看到與自己職責相關的數據。

作為與工業生產過程同步演變的設計平臺，AMS ARES平臺充分利用了OPC UA開源架構。該平臺可為用戶提供人機界面、整合歷史數據、獲取商業情報與報表工具，使資產健康真正成為業務操作系統界面中的一部分。

劉可薇柯學莎譯

(編輯：朱曉紅)

TV731

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2017-05-21

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