田莊水電站溢流閘門備用電源改造

耿岳維 蘇 磊 馬 潔

（河北省石津灌區管理局 河北 石家莊 050051）

1 田莊水電站簡介

田莊水電站(以下簡稱電站)位于石家莊市西北，座落在石津總干渠上，是一座渠道引水式電站，電站水源來自滹沱河系的兩座大型水庫。電站裝機容量為2×2 500 kw，計水頭為6.1 m，設計流量為107 m3/s，設計年利用小時數為2 874 h，設計年發電量為1 437 kw·h。發電機出口電壓為6 kv，經一臺主變電壓器升壓至35 kv，通過250米輸電線路到市供電局杜北變電所并入電力系統。電站于1980年4月破土動工，1983年5月13日通過試運轉正式交付使用。

2 田莊電站溢流閘簡介

田莊電站溢流閘(以下稱溢流閘)，安裝在石津總干渠上，用以開放或切斷總干渠的輸水通道。溢流閘門共有兩扇，全部為平面鋼閘門，通過2臺卷揚式啟閉機實現升降，每扇閘門通流能力為50 m3/s。機組正常運行時，溢流閘關閉，總干渠水流通過前池進入蝸殼，驅動水輪機發電；一旦發生事故，蝸殼關閉阻止水流進入機組，同時溢流閘提起，水流通過溢流閘下泄，防止水淹公路(或村莊)的事故發生。非運行期間溢流閘門一律提起，防止上游來水，造成渠道水位上升。

溢流閘采用系統電源供電方式，沒有后備電源。運行中一旦系統電源消失，靠人力投入手搖式離合器，手動提起溢流閘門。

2008年為滿足南水北調臨時輸水的要求，對溢流閘進行了改造，更換了閘板和啟閉裝置，以加強溢流閘的水密性，減少輸水過程中的漏水損失。改造后的溢流閘取消了手動離合裝置，只保留電動離合系統。

3 溢流閘備用電源改造

溢流閘改造完成后，電站對其安全性進行了評估。經過評估我們認為在啟閉裝置只有電動的情況下，溢流閘現有運行方式存在嚴重安全隱患。一旦系統故障導致電源消失，溢流閘將無法升起，必將產生水淹公路的事故。為解決這個安全隱患電站提出了兩種解決方案：

3.1 方案一。系統發生故障導致電源消失后，發電機與系統解列，單機運行。以機組空載時的帶負荷能力提供廠用電，代替系統電源，為溢流閘提供動力。此方案的優點是只需更新運行規程、對運行人員進行相關技能的訓練，不需增加任何投資。但在隨后的實施過程中我們發現，當系統發生故障時，杜北變電站(電站并網輸電的變電站)的保護可能會發令驅動電站機組事故解列。此種情況下保護信號無法復位，機組不能啟動運行。方案一可靠性不夠，只能放棄。

3.2 方案二。為溢流閘配置后備電源。采用一臺K41000型30kW高速柴油發電機作為溢流閘后備電源。正常運行時，由系統提供溢流閘電源；系統電源消失時由柴油機負載提供溢流閘動力。對原有供電系統進行改造，增加閉鎖裝置，防止兩套電源切換過程中出現撞車問題。

溢流閘電源改造分為一次動力部分改造和二次控制部分改造兩部分。

一次動力部分作用主要是將柴油發電機的輸出電流送至溢流閘門啟閉機電機，驅動閘門啟閉。在改造過程中為了節約投資，我們將備用電源的輸出端與主用電源的輸出端并聯，利用原有動力電纜實現了備用電源的傳輸。

二次控制部分的作用是保護柴油發電機。假設備用電源投入的情況下，系統忽然來電，電網電源通過溢流閘門主用電源接線反送至柴油發電機，由于兩個系統的電能在幅值、頻率、相位上存在偏差，極易發生撞車現象，造成柴油發電機損壞。因此，二次控制系統必須在備用電源投入的同時切斷主用電源的通路，也就是我們常說的主備用電源的互鎖功能。溢流閘門主、備用電源均采用DZ-100型空氣開關控制一次線路的通斷，利用此設備自帶的跳閘線圈和常開、常閉輔助接點實現了閉鎖功能。工作原理：當系統發生故障，機組停機主用電源消失的情況下投入備用電源。備用電源空氣開關閉合，其常開輔助接點閉合，此時主用電源空氣開關(以下簡稱主用開關)尚未斷開，其常開輔助接點仍在閉合狀態，導致主用開關跳閘線圈通電，主用開關跳開，其常開輔助接點斷開，跳閘線圈斷電，自鎖功能實現。

備用電源改造完成后，徹底解決了系統故障造成溢流閘電源消失的安全隱患，保證了發電運行的安全。