龙宫洞水力发电厂技术改造

孙钟城，应晓斌

(龙宫洞水力发电厂，浙江缙云 321400)

0 引言

缙云县龙宫洞水力发电厂位于缙云县方溪上游，是盘溪—方溪流域联合开发的骨干电厂，电厂厂房离县城35 km.根据浙江省水利厅水计[86］245号文《关于缙云县龙宫洞水电厂工程初步设计的审批意见》，本工程设计装机容量20 MW，目前安装一台10 MW机组，设计多年平均发电量2 389万kW·h，年利用小时2 389 h.电厂发电用水主要引自大洋水库，其次是新建的下坑水库.大洋水库和下坑水库由连通隧洞相连，成为并联水库.龙宫洞水电厂枢纽建筑物包括下坑水库拦水坝、连通隧洞、发电引水建筑物、压力钢管、发电厂房及升压开关站.一期装机容量1×10 000 kW，1994年投产试运行.截止2012－12－31已累计发电量5.2亿kW·h.从1994年5月投产以来，把安全生产放在一切工作的首位，以经济效益为中心，扎扎实实抓好各项基础工作，加大技术改造和标准化电厂的力度，规范电厂管理，确保水电厂安全、高效运行.2010－2012年开始进行技术改造和标准化电厂建设，打造“花园式”工厂，共计投入460万元.

1 主要技术改造项目

龙宫洞水力发电厂设计安装两台机组，分两期建设，目前仅安装一台10 MW机组，因各种原因，二期工程未能实施，机电设备一直按过渡方案运行，因此造成方案不够完善、布置不尽合理、设备浪费及运行费用高等问题;龙宫洞水力发电厂选用的机电设备均为20世纪80年代末期产品，已显得技术落后，而且近20多年运行下来，大部分设备已老化，安全性能差，故障率高，维护工作量日益增大，元件损坏维修更换困难(很多电气设备厂家现在都已经停止生产).因此，从安全生产、经济运行出发，很有必要进行技术改造.通过与厂家合作进行技改可行性分析，确定机电设备技改的主要目标如下:

(1)从电站实际现状出发，优化电气一、二次接线方案，完善设备保护配置，确保安全发电.

(2)选用先进设备淘汰陈旧设备，提高设备性能、可靠性和完好率，并延长使用寿命.

(3)提高自动化程度，改善运行条件.采用计算机监控保护系统替代常规监控保护产品，为将来实现“无人值班、少人值守”的运行方式奠定硬件基础.

(4)重新核算技术数据，合理选用节能产品，降低能耗，节省厂用电用电量，减少运行管理成本，提高电站经济效益.

1.1 水轮发电机组改造

1.1.1 发电机

发电机采用 CJ20－L－140/2 ×14、SF－K10000－10/2600型，经过二十多年运行，绝缘老化、磁极线圈松动、有几个磁极绝缘板已吐出、老式空冷器效果下降、发电机温升较高，故迫切需要对发电机转子磁极进行处理，并更换新技术结构的空冷器，从而达到机组安全正常运行目的.2012－03－23—29日对发电机转子进行拆卸，3月29日送厂家进行检修，4月1日修好后运回安装，于2012－04－16安装完成，并进行调试试机.于 2012－04－17T18:35—19T18:35进行24h满负荷运行，缙云县龙宫洞水力发电厂1号机组SF－K10－10/2600发电机转子检修后经24 h满负荷试运行已结束，各机电设备运行正常，各转动及瓦温、油位均正常，未发现异常情况，试运行合格，负荷各项指标，具备正常运行，可以进入正常发电.

1.1.2 调速器

水轮机调速器采用YT－1800型液压调速器，调节转速和出力.1998年以来，调速器机械控制部分陆续出现多台次的电液转换器故障，造成机组负荷摆动;而调速器电气部分也存在超调现象，直接危及机组和系统的安全稳定运行，机械零部件经多年运行磨损，其调节、控制性能变差，故障率高，维护维修工作量大.机组调节性能已不能达到现代化电网对电能频率调节精度的要求.

故此选用高性能的PLC为核心的CJWT－2/2－4.0型冲击式水轮机专用微机调速器.原方案是在调速器和喷针接力器之间串联一个液压随动系统的串联调节方式，现改造为并联调节方案，即电气柜一方面通过比例换向阀直接控制喷针接力器，实现自动调节;另一方面通过紧停阀、开关阀及主配压阀控制主接力器，由折向器实现紧急停机或过速限制，并联调节方案大大提高了调速系统的稳定性和调节品质.

CJWT－2/2－4.0型调速器采用先进的可编程控制技术和步进电机技术，每个喷针接力器和折向器接力器各采用一套全数字式机械液压系统独立控制，取消了传统的机械协联、凸轮及复杂的连杆机构，结构大幅简化.不仅具有良好的调节品质，而且结构简洁新颖、运行可靠、操作方便、维护简单.

1.2 厂用电系统改造

电厂厂用电采用二台 SL7－250/6.3、SL7－250/10型油浸变压器分别接至发电机电压母线6.3 kV上和当地10 kV供电线路上降压向二段厂用母线供电，二段厂用母线用隔离开关分段.当一段母线失电，需通过隔离开关倒闸操作，会造成全厂短时停电，并容易造成带负荷倒闸操作，危及设备运行和人身安全.

厂用PGL1配电屏防护性能低，屏内安装元器件老化.厂用电系统用的不少元器件已被国家列入淘汰产品，如配电屏主要开关——DZ10系列低压空气断路器;水泵、空压机控制箱中使用主要控制设备QC12系列磁力启动器、JR系列热继电器等.

为提高厂用电设备供电可靠性，拟取消母线分段隔离，变二段母线为一段母线集中供电，对二台厂变进线开关设置ATS－NS400/400N－UA双电源自动切换开关，当1#厂变故障停电时，自动切换到2#厂变供电.

厂用电开关柜选用GGD1型低压封闭开关设备，提高防护能力.柜内开关采用NS160N高分断能力的空气断路器.

1.3 接地网改造

龙宫洞水力发电厂投运近20年，多次实测接地电阻为12～14 Ω，大大超过4 Ω的设计值，严重危及人身安全和电气设备的正常运行，一直是电站安全运行的潜在危险因素.

电厂周围地表层土壤厚度薄，下覆基岩为花岗岩，电阻率很高.二级电站水库正常蓄水位时迴水至龙宫洞水力发电厂尾水出口处，水位下降时会产生水面不能与尾水衔接的河道裸露区.水下接地网布置的原则是接地网敷设的高程低于正常死水位1.0 m左右.二级电站水库设计死水位为297.4 m，但二级电站正常运行时为尽量利用高水头发电，基本保持与龙宫洞水力发电厂同步运行，水库水位保持在正常高水位，水库水位一般下降在0.5 m左右.为此，二级电站水库运行死水位按307.5 m考虑，因此水下接地网敷设高程应按不高于306.5 m高程设计.

为满足接地体淹没水深要求，结合二级水库迴水位置及水深，水下接地网上游边缘位于到生活区拱桥下游边处，接地网水流方向长48 m，宽24 m，两侧离河岸4～5 m.水下接地网采用宽24 m、长48 m的长方形，网孔4 mm×4 mm共16孔，水平面积1 152 m2.水下接地网在上游端用二根60 mm×6 mm接地扁钢沿机组尾水渠接到厂内接地网;水下接地网的中下游处用二根60 mm×6 mm接地扁钢沿厂区排水涵洞与升压开关站原接地网连接.采用在方溪二级电站水库内敷设接地网面积达18 00 m2之余，新增加水库与电厂办公楼接地连接，整个电厂接地电阻阻值为3.2 Ω，满足规范要求，达到改造效果.

1.4 自动化改造

电站按“无人值班、少人值守”的运行原则设计，采用全计算机监控的方式，不设常规控制设备.可在电站控制室的电站级计算机或现地控制单元(LCU)上进行控制操作，对机组进行实时控制、安全监视、经济调度及管理.在系统通讯通道完善的条件下，根据电网的安全需要，电站可接受由系统调度中心通过计算机监控系统对本电站进行远方实时控制、安全监视、经济调度及管理.

1.4.1 计算机监控系统

计算机监控系统拟采用开放式分层分布系统，设置电站级计算机、机组现地控制单元(LCU)，电站层与现地控制单元采用局域网联接.

机组辅助设备和全厂公用设备的控制拟采用可编程控制器(PLC)和固态控制器组成的控制装置自成系统，并与计算机监控系统接口，主要信号可在计算机监控系统显示.

龙宫洞电站技改工程参照具有国内先进水平、技术可靠、有成功运行经验的SSJ－3000型水电厂计算机监控系统进行设计、配置设备.经进一步整改、完善以及运行维护和管理水平的逐步提高，监控系统基本满足了电厂运行和电网调度的要求.龙宫洞电站技改工程计算机监控系统采用基于微软Windows操作系统的全分布开放系统结构、EC2000监控系统软件.[1］

1.4.2 自动化元件

(1)采用集成压缩空气制动集成阀替代原电磁空气阀，保证

机组制动的可靠性，提高机组制动的自动化水平.

(2)增加油、气、水模拟量变送器.在压力钢管、冷却水管上安装水压变送器，采集水压数据;在调速器、球阀油压装置压力油罐安装油压变送器，采集油压压数据;在高、低空压机储气罐安装气压变送器，采集气压数据.在集水井安装水位变送器，采集水位数据.然后通过PLC模拟量输入模块将各参数的模拟量送到计算机监控系统记录、分析、保存.

(3)更新机组温度测量装置

在机组LCU上布置温度调节仪代替原仪表，完善测量功能;采用PLC温度模拟量模块代替温度巡检仪，测量轴承、定子线圈温度，在计算机上直接显示温度、保存、分析[2－3］.

1.5 励磁装置改造

发电机原采用的BLZ－2A可控硅励磁装置是第一代静止可控硅励磁系统，励磁调节器是采用二极管、三极管、电阻、电容等分立元件组成的模拟调节器，元件数量多、线路复杂，系统故障多、检修维护工作大，元器件的老化，造成励磁调节稳定性变差.模拟控制励磁装置，性能差，功能不够完善，调节性能已不能达到现代化电网对发电质量的要求.

本电站发电机采用EXC9000型自并励全数字式静态励磁系统代替原励磁系统，整套系统由调节器柜和功率灭磁柜、励磁变压器组成，保留原励磁变压器不变.励磁系统的各个部分均实现了智能检测、智能显示、智能控制、信息智能传输和智能测试，极大地提高了装置的可靠性和工艺水平.

励磁调节器采用完全独立的微机/微机/模拟三通道双模冗余结构，通道间互为备用，备用通道自动跟踪运行通道，故障后自动实现无扰动切换数字式双通道励磁调节器.调节器设计采用多CPU模式、电路表面贴装工艺和无风扇结构.采用DSP实现交流采样，具备PSS电力稳定系统，保证无功和电压波动在控制范围.

功率柜内安装两个独立的整流桥，每一个整流桥的输出均能满足发电机励磁电流的要求.整流桥采用进口高规格硅元件、实芯铝散热器和并联风道，散热效果好.

灭磁开关柜引入智能控制系统，实现操作控制、状态检测、信息显示智能化.

1.6 继电保护及安全自动装置改造

由于主变压器差动保护未将母线包括在内，且因6 kV母线互感器分散安装和1#厂变布置造成6 kV母线延长，当6 kV母线故障时，只能依靠发电机、主变压器后备保护装置动作，切除故障时间大大延长.

1.6.1 机组、主变、线路继电保护

根据电站接入系统要求，结合电站的主接线方案，电站系统部分的继电保护、安全自动装置、故障录波装置按GB14285—93配置微机型保护装置，其具体配置如下:

(1)发电机保护

①纵联差动保护87G

②定子过电压保护59G

④失磁保护40G

⑤定子一点接地64G

⑥转子一点接地64F

⑦过负荷保护49G

发电机纵联差动保护、低压过电流保护动作于停机(跳开发电机断路器、灭磁开关、关闭导水叶);定子过电压保护、失磁保护动作于解列灭磁(跳开发电机断路器、灭磁开关);定子一点接地、转子一点接地、过负荷保护动作于信号.

(2)主变压器保护

①纵联差动保护87T

②复合电压过电流保护47/50T③压力释放保护63T④瓦斯保护45T⑤温度保护26T

纵联差动保护、复合电压启动过电流保护、压力释放保护、重瓦斯保护动作跳开变压器高压侧和发电机断路器;轻瓦斯保护、温度保护动作于信号[4］.

术中体温的变化分为3个阶段：第一个阶段是由于麻醉等因素造成血流分布改变引起的核心体温快速下降，一般会在第1 h内下降0.5～1.5 ℃；第二个阶段是由于手术伤口热量挥发、室温等因素引起的持续体温下降，一般持续时间为2～4 h；第三个阶段为平缓期，体温的变化取决于热量丢失及补充的平衡状态[42]。通过减少体表暴露、升高室温、使用温毯、加温输入液体和缩短手术时间等方法有助于维持体温。

(3)35kV线路保护

35kV线路采用距离保护，配置三段式相间电流过电流后备保护.并配置一套重合闸装置.1.6.2 安全自动装置

为确保系统及电站设备安全，全厂设置一套低压、低周安全解列装置.

2 管理标准化建设

遵循设备更新改造与整治完善并举，坚持安全性和可靠性第一、先进性和实用性相结合的原则，不断提高设备健康水平和电厂综合自动化水平.加大科技开发和技术改造投入，主要为解决生产现场难点问题和满足“标准化、规范化”的要求，以及旨在电厂综合自动化和提高企业现代化管理水平.

2.1 实现“无人值班，少人值守”

投产伊始，针对现场实际，积极主动与制造厂家、科研院所等单位合作，依靠科技进步，对机电设备进行了大量的技术改造和完善化工作，提高电厂安全稳定运行水平.坚持全方位监控、突出辅助设备智能控制的原则，全厂综合自动化水平有明显的进步.同时，人员培训和管理制度建设也取得显著的成效.

为实现集控值班和达到减人增效的目的，全力以赴组织好计算机监控系统的安装调试、试运行和运行人员的“机电合一”培训考核.为将来实现“无人值班、少人值守”的运行方式奠定基础.

2.2 水情自动测报、水库调度及水务信息管理系统

水情自动测报系统由1个中心站、2个中继站、7个遥测站组成，具备水情信息采集、传输、处理、洪水预报、汛期监视、图形报表及水库调度管理自动化等功能.经近三年汛期实用化考核，系统功能、指标、管理均达到了《水电厂水情自动测报系统实用化要求及验收细则》的要求.以完备的水情自动测报为基础，水库调度及水务信息管理系统的建立，全面提高了水库调度自动化管理水平，为最大限度发挥发电和防洪效益提供了重要技术保证.

2.3 智能化保安系统

厂房保安以技术措施为主，建立出入口控制系统，以其合理的配置为工作场所和人员提供高水平的门控方式.所有设备间、装置室安装IC卡智能门锁;卡片设置不同的层次，分别可开启所有房间、开启所管辖的房间或开启单一的房间，最大限度地方便现场人员.

2.4 标准化

积极推进企业管理逐步走向标准化、规范化和科学化，1999年建立了企业标准体系，主要集中精力完善企业技术标准、管理标准和工作标准，并认真贯彻执行.近年来，相继对标准体系进行修订与完善.

根据浙江省水利厅有关要求和缙云县水利局制定了《农村水电站规范化、标准化管理有关规定》要求，电厂从安全生产管理、制度建设、设备管理、人员管理四个方面开展工作，实现“全县一流、全市上游、全省有影响”建设的目标[5］.

3 结语

树立正确的创新意识，从实际出发，塑造一种创新的氛围和创新的文化.依靠技术进步促进企业发展，提高技术进步的决策水平，运用现代化的管理思想和技术来保证企业技改项目获得最佳的经济效益.在规划和实施技术改造的同时，相应统筹考虑管理现代化的内容，使技术与管理同步前进.通过实施标准化建设，电厂从硬件建设、软件建设等方面投入资金，面貌焕然一新，完善了各项基础设施，更新了设备，提高了运行可靠性，健立、健全了各项规章制度，提高了电厂运行人员的自身素质，水电厂管理工作逐步走向正轨.最大限度消除了安全隐患、减少了生产安全事故，最终实现电站安全生产和经济效益双赢.

[1]裘江海.水电站运行与管理[M］.杭州:浙江工商大学出版社，2011.

[2]黄庆丰，金 永.水电站电气设备[M］.郑州:黄河水利出版社，2009.

[3]谢珍贵，汪永华.发电厂电气设备[M］.郑州:黄河水利出版社，2009.

[4]陈启卷.水电厂计算机监控系统[M］.北京:中国水利水电出版社，2010.

[5]陈德新.发电厂计算机监控[M］.郑州:黄河水利出版社，2008.

[6]李景禄.高压电气设备试验与状态诊断[M］.北京:中国水利水电出版社，2008.