淺析石門水庫河床壩后水電站發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的改造

陳麒羽

(漢中市石門水庫管理局，陜西 漢中 723000)

1 工程概況

石門水庫是以灌溉為主結合發(fā)電、旅游等綜合利用的大(二)型水利樞紐工程。水庫位于漢江北岸一級支流褒河峽谷出口，距漢中市18 km。1969年動工興建，1975年基本建成發(fā)揮效益，1983年正式驗收交付使用。石門水庫河床壩后電站位于石門水庫壩后右岸250 m處，是以“灌溉為主，結合發(fā)電”的引水式電站。電站由河床壩后電站、河東渠首電站和河西渠首電站三部分組成。全站原共有裝機6臺，總裝機容量40500 kW。2010年11月，電站自籌資金續(xù)建7號、8號機組，全站裝機臺數達到了8臺。

2013年11月，石門水電站進行了河床壩后電站增效擴容技術改造工程，2015年6月改造全部完成，電站總裝機容量達到44380 kW。

2 改造前發(fā)電機勵磁系統(tǒng)設備概況

河床電站1號～3號發(fā)電機勵磁系統(tǒng)原設計勵磁方式為直流勵磁機自并勵勵磁，型號是ZLS74/19-6。均為我國60年代產品，結構較為簡單，經過多年的運行，設備陳舊老化。加之電站屬地下廠房，滲漏水嚴重，環(huán)境潮濕大，特別是夏季開機后十分悶熱，加速了金屬部件銹蝕和電氣設備絕緣老。勵磁機轉子絕緣降低，運行期間常發(fā)接地信號，被迫停機處理。勵磁機轉子換向性能變差、火花大、碳刷易壞、更換頻繁，且噪音超標。運行和檢修人員工作量大，檢修費用高，勵磁調節(jié)靈敏性差，在機組與系統(tǒng)并網時電壓調正遲緩，延長了并網時間，減少了發(fā)電量。絕緣老化，故障頻發(fā)導致發(fā)電機組無法正常發(fā)電等一系列問題，直接影響到值班人員的身心健康。此種現(xiàn)狀給電站安全可靠運行埋下了很多隱患造成嚴重的能源浪費現(xiàn)象。

3 第一次發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術改造

針對存在的問題，石門水電站成立了技改小組，于2002年開始逐步將危機電站正常發(fā)電的設備進行更新?lián)Q代改造。2002年4月首先對河床2號發(fā)電機勵磁進行改造，經過一年運行，充分顯示了雙微機勵磁的優(yōu)點和設備的先進性。2003年5月改造了河床1號發(fā)電機勵磁系統(tǒng)；2004年5月改造了河床3號發(fā)電機勵磁系統(tǒng)。河床1號、2號、3號發(fā)電機勵磁系統(tǒng)均采用由武漢華中理工大學生產的WL-03型雙微機勵磁調節(jié)器代替原設計的直流勵磁機，該型設備為20世紀90年代產品，其主要特點是具有常規(guī)模擬式勵磁系統(tǒng)控制的全部調節(jié)、控制功能，而且具備常規(guī)勵磁控制沒有的許多控制、保護、限制、邏輯判斷、自診斷、容錯、在線整定、參數顯示與現(xiàn)地各種標準通訊接口，可與上級計算機通訊，便于實現(xiàn)無功成組調節(jié)和全廠集中控制，時間順序記錄功能。經過幾年的運行，實踐證明發(fā)電機勵磁系統(tǒng)改為微機勵磁是正確的，解決了長期欠發(fā)無功問題，基本滿足了電力系統(tǒng)的運行要求。

4 第二次發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術改造

隨著運行時間的延長，近年來勵磁系統(tǒng)設備故障亦逐漸增加，逐漸暴露出許多缺陷，如調節(jié)性能不穩(wěn)定，均流能力差，調試復雜；停機檢修時間延長等，勵磁變壓器沒有相應的保護措施，也沒有配置溫度控制器，不符合實時監(jiān)視和實時報警的需求，且該型號設備已經停產，對電站機組穩(wěn)定運行和安全生產造成了嚴重的影響。2013年底，石門水電站開始對原電站內的大部分機電設備進行科學合理的系統(tǒng)改造。此次改造石門河床水電站1號、2號、3號發(fā)電機勵磁系統(tǒng)設備采用廣州擎天實業(yè)有限公司生產的EXC9100型全數字式靜態(tài)勵磁系統(tǒng)，主要有勵磁調節(jié)柜、多個功率柜、滅磁柜、起勵回路、勵磁變組成。勵磁調節(jié)柜包括了A、B、C三調節(jié)通道、人機界面部分、對外接口及通訊模塊部分。勵磁系統(tǒng)內部的勵磁調節(jié)通道、人機界面、智能IIU、功率單元、滅磁及過壓保護單元之間的數據交換通過現(xiàn)場CAN總線實現(xiàn)。其主要技術特點是系統(tǒng)數字化、功能軟件化、檢測智能化、應用范圍廣。數字化主要體現(xiàn)在調節(jié)器、功率柜和滅磁柜，DSP數字信號處理技術、完善的通訊功能和智能化的調試手段等。勵磁調節(jié)器結構緊湊，其功能單元完全模塊化。調節(jié)器合理地組裝在調節(jié)柜中，調節(jié)器人機界面是彩色液晶觸摸屏，功能完備，操作簡便。電站設備巡檢人員可以通過人機界面很方便觀察勵磁系統(tǒng)的運行參數及運行工作狀態(tài)，運行操作人員在界面上可進行增減勵磁以及運行方式切換等操作，還可作為檢修人員現(xiàn)場調試設備的工具，方便維護及檢修設備。人機界面還有故障記錄及故障報警等功能。勵磁系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠方和現(xiàn)地兩種控制方式，EXC9100勵磁系統(tǒng)通過通信接口與本站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)LCU連接，可以進行數據交換。運行人員在電站中控室通過監(jiān)控系統(tǒng)進行遠方操作控制，是正常運行中的主要控制方式。現(xiàn)地控制是在現(xiàn)場通過勵磁調節(jié)柜按鈕、轉換開關和調節(jié)器人機界面進行操作控制，一般僅在試驗和緊急控制時使用。勵磁屏由調節(jié)控制柜、1號和2號功率整流柜和滅磁開關柜組成。功率柜采用雙功率柜并聯(lián)運行模式，每柜裝有一個三相全控整流橋。單橋額定輸出電流1000A，強勵電流2000A持續(xù)60s，整流橋退出1個支路仍能保證機組在所有運行工況下正常運行，包括強勵。可控硅裝置采用強迫風冷，每個整流柜設二臺低噪音風機，風機正常供電電源取機旁廠用電交流380V回路，當此電源故障時自動切換至勵磁變副方繞組連接的自用變電源回路。機組由220V直流系統(tǒng)供給備用起勵電源。滅磁開關采用ABB開關SACE系列E1B型直流斷路器，性能好，工藝水準高，功能齊全。具有自動防跳功能，具有電動儲能和手動儲能機構。勵磁變壓器采用額定容量為250kVA的三相干式變壓器，安裝帶有電氣獨立的、可調的報警和跳閘接點的溫度指示器。

5 結語

通過采用自動化程度高、性能良好的EXC9100型勵磁系統(tǒng)，經過近幾年的運行實踐，消除了原勵磁系統(tǒng)設備性能不穩(wěn)定、不能實時監(jiān)控和報警、調試復雜等安全隱患和不足，設備運行可靠性大大增強。滿足了電力系統(tǒng)運行的要求。檢修維護方便，操作簡單直觀，給工作人員減輕了很大的工作量和節(jié)約了維修材料費用。實現(xiàn)對發(fā)電機運行狀態(tài)進行實時監(jiān)視和記錄以及勵磁設備自動化管理。提高了發(fā)電機運行穩(wěn)定性，滅磁可靠，更好地保證了開、停機及電站正常發(fā)電運行，生產條件得到改善，提高了水電站的生產效率。達到了“增效”改造的目的。