章旭伟
(浙江省武义县小水电发展有限责任公司,321200)
杉坑桥电站位于柳城镇内杉坑村,43省道上松线旁,截瓯江水系宣平溪支流杉溪之水发电,集雨面积78.6km2,多年平均降雨量1750mm。电站建有9.5万m3调节水库一座。电站引水系统共长2.28km,其中隧洞5处长度1655m、引水明渠5处长度625m。采用10kV专线经柳城变电站并入华东电网,线路总长为6.93km。该电站始建于1987年初,1989年1月竣工发电。电站设计水头41.5米,原装机2×320kW,后另设压力管道、厂房,增容1×320kW,电站流量3.2m3/s,3台机组平均年发电量为282万kW·h。
杉坑桥电站建设年代较早,限于当时历史条件,建设中存有诸多安全隐患,而且经过多年的运行,设备老化严重。主要问题有以下几个方面:
1)部分渠段地质条件较差,基础处理不彻底,运行中明渠多次发生坍塌和沉陷事故,压力前池底板开裂,漏水严重、直接影响电站的安全运行生产,对电站运行人员及附近村民的生命财产也构成极大的威胁。
2)机电设备老化,效率低下。电站1#、2#机组为80年代产品,已到报废更新年限,市场上备品备件均已较难找到,只能带病运行, 3#机组也已将近运行了15年,存在严重安全隐患。电站二次设备均为旧型号,达不到部颁标准A类要求,不符合水利部《农村水电技术现代化指导意见》提出的“在农村水电站发电供电和经营管理全面运用现代技术,实现无人值班、少人值守”的要求。
3)水资源浪费,经济效益差。电站建成后,随着经济社会发展,二十多年来电站上游陆续共建了11座电站调节能力明显增强,上游正常发电入库流量为5.5m3/s, 杉坑桥电站发电流量为3.2m3/s,虽然电站建有库容为9.5万m3调节水库,但因多年使用,淤积严重,调蓄能力下降,造成了水资源的严重浪费。由于国有企业招入员工较难、原运行人员配额不足,电站采用个人承包运行方式经营,在技术上、管理上均难达到国家规范要求,存在严重安全隐患。由于电站建成年份较早,上网电价较低,峰谷比低,电站经济收益较差。
4)送出工程隐患严重。电站建成较早,10kV送出线路底下由于近年来农村农业生产中对林地的开发利用加大,林木生长对线路危害次数明显增多。线路在城镇镜内路段部分,由于农民生活生产建设,开发区的建设活动屡有危害事件发生。
1)执行水利部《农村水电技术现代化指导意见》、浙江省地方标准DB33/T809-2010及其它相关标准。
2)消除安全隐患,保证可靠运行,尽量多利用水能,提高机组效率。电站规模小、能配置的运行人员少,尽量提高自动化水平,实现“无人”值班。
3)必须保证设备的技术水平,在保证安全可靠的前提下选择技术水平高的设备,不要一味的要求价格及性价比。尽量利用原有可以再利用的设备和设施,减少投资。
电站于2011年10月正式动工改造,2012年5月投产试运行。改造具体的措施及取得的成效如下所述:
1)提高水能利用率,减少安全隐患。通过对引水系统中明渠底板破裂部分进行处理,对前池底板开裂部分进行破除,重新进行了加筋混凝土浇筑,消除电站引水系统中的安全隐患,阻止坍塌和沉陷事故的发生,保障了电站人员、设备及附近村民的生命财产安全。随着社会经济发展,电站上游陆续新建了多座调节水库,同时对杉坑桥电站水库淤积进行清理,合理有效利用调节库容。在合理有效利用原水工部分基础上,尽量减少投资,经多方案比较决定增容改造后装机容量从原来3x320kW增至3x630kW,设计流量为6m3/s,年发电量可由原来的282.3kW·h增至350.3kW·h,大大提高了水资源的利用率。
2)提高信息化水平,实现远程控制。改造后,电站实现了远程控制,真正实现“无人”值班,少人值守。实现远程控制,数据链路及通信系统建设是关键。目前小型水电站远程自动控制需架设专用光纤,建立局域网来实现电站“无人”值班。就目前来看,远程操作控制的数据通路方式政策处理难、施工复杂、投资大,很难实现。我们通过对电子市场上通信设备的调研,确定VPN通信设备满足电站的改造需要。VPN设备目前已经广泛应用于各个行业,在大型企业的办公及财务系统中使用效果很好,利用它的加密功能、建立多通道,在广域网中建立点对多点的虚拟局域通道网络,保证电站与远程控制中心之间数据传输的安全、可靠,达到远程操作控制对数据链路的要求,开创了小型水电站数据传输的新模式。
3)提高了上网电价,增加收入,解决了运行人员配置与规范管理之间的矛盾,实现了一定的经济效益。改造之前电站平均上网电价较低,原电站装机容量偏小、电量峰谷比较低,改造后电站发电量增加、峰谷比大幅提高、上网电价上浮,电站电费收入增加。电站增效扩容改造后,采用了先进的监控技术,实现了电站“无人”值班,机组远程计算机监控,将运行人员从常规配额中的8人减少至现在的3人运行(远程控制中心),大大减少了运行人员数及运行人员的劳动强度。减少了5名运行人员的运行成本10余万元(以2011年计算,2.3万/年/人×5人),提高了电站的经济效益。
4)电站通过增效扩容改造,提高了整个电站上属公司的整体技术水平、管理水平和装备水平。公司在县城建立了电站远程运行控制中心,可以最终实现对公司下辖10个电站二十余套机组的远程控制,各电站相关信息可以及时、准确地传至公司,提高了运行的可靠性、安全性。同时也实现了以较少人员在远程控制平台管理多个电站运行,大大减少了现场运行强度及成本,提高经济效益,增强了安全保障。
通过杉坑桥电站的改造,我们住要有以下几个心得体会。
1)必须收集整理好电站的历史数据,详细了解电站的实际运营情况,熟悉电站原有设备的状况。我们调阅了电站近二十年来的相关运行和水文资料,通过整理计算,现场验证保证了技改工作的准确性。检查原有设备的状况,合理有效利用原有的可以利用的部分设施,本着节约的原则,尽量减少浪费。例如引水钢管部分的利用就节约了近六十余万元。
2)必须明确改造目标。根据电站实际情况,我们确定了电站改造后最终要实现“无人值班”的目标。在此目标的指引下,我们参观了多个改造过的相近情况的水电站,吸取他们的经验和教训,总结出了在改造中需加强对通信系统、硬件配置、图像清晰度等方面的工作。同时,组织多位专家和领导对相关的二十余家设备生产厂家进行考察,了解目前市场上水电设备产品的技术性能,为选定满足改造目标的设备做好准备,从硬件上确保了改造的顺利完成。
3)要制定步骤合理的实施计划,并且明确分工、统筹协调。要充分了解各项工作的工艺特点和要求,在计划制定中充分考虑(例如处理土建与机电安装、机械安装与电气设备安装、一次设备与二次设备等 关系)。
杉坑桥电站增效扩容改造的实施,既消除了安全隐患又增加了一定的电站效益,成效显著,达到了较高的综合自动化水平,实现了电站“无人”值班、远程控制,安全可靠性、技术先进性以及社会经济性都有明显提高。同时,该电站改造为小水电站远程中心控制,由一个控制中心同时控制多个小水电站,为此类项目提供了宝贵经验,建立了一种新的小水电运行发电、管理模式。