安村水電站增效擴容工程改造

曾 敏（华自科技股份有限公司，湖南 长沙 410205）

安村水電站增效擴容工程改造

曾 敏
（华自科技股份有限公司，湖南 长沙 410205）

结合农村水电站增效扩容改造的背景，对安村水电站调速器、励磁、监控系统、保护装置、直流系统的改造进行了详细介绍。图8幅。

水电站；增效扩容；技术改造

0　引 言

根据全国农村水电增效扩容改造专项计划，将对1995年以前建成的老旧小型水电站进行技术改造，任务十分艰巨。由于这些农村水电站建成时间长，设备老化，效能逐年衰减，不仅浪费水能资源，影响河流生态环境，还带来安全隐患。增容改造将有效改善电站周边生态环境，促进农村生产、生活方式转变，有利于加快城乡一体化建设步伐。

1　工程概况

安村水利水电工程是1座中型工程，位于江西省遂川县南支 （左溪河）上游汤湖乡白土村 ，距县城68 km，是县内最大的国有骨干电站，电站以发电为主，兼有防洪、养殖、灌溉等综合效益。其主要建筑物按3级设计，次要建筑物按4级设计，临时建筑物按5级设计，坝址以上集水面积135 km2，多年平均降水量1 743.7mm，多年平均来水量1.498亿m3，多年平均流量4.75 m3/s。水库正常蓄水位与设计洪水位 （P=2%）相同，均为430.00 m，校核洪水位 （P=0.2%）430.90 m，死水位406 m，总库容1 965万 m3，有效库容1 420万m3，死库容465万m3，为年调节水库。设计洪水时最大泄洪流量671 m3/s，校核洪水时最大泄洪量935 m3/s。

工程主要建筑物有拦河坝、引水隧洞、发电厂房、升压站，拦河坝为混凝土砌块石双曲拱坝 ，最大坝高67.0 m，发电引水隧洞布于左岸，全长3 506 m。电站引用流量13.2 m3/s，装机容量3×4 MW，保证出力2.104 MW，年利用小时数3 008.3 h，多年平均电能3 610万kW·h。

近年来，由于机组性能降低、气蚀严重、故障增多、发电机绝缘等级低导致机组限出力运行，造成弃水和电能损耗大。电站采用常规继电器组成的保护和控制，接线复杂，继电器运行多年后不稳定，常发生接点误动作。采用手动准同期装置 ，控制自动化程度不高；线路老化严重。多年来，主要机电设备大多未进行技术改造，均存在不同程度的老化、损坏，效率下降严重，存在安全隐患，不能满足电站高效、安全、稳定运行要求。

2　改造设计要点

电站为引水式年调节电站，装有3台混流式水轮发电机组，发电机出口电压6.3 kV，电气主接线采用二机一变扩大单元和发变组接线方式，6.3 kV母线分段运行。2台 （1号主变容量为8 000 kVA，2号主变容量为10 000 kVA）电压变比均为121 kV/ 38.5 kV/6.3 kV的3圈变压器。电站以1回110 kV出线到遂川县城，1回35 kV出线到左安，1回35 kV备用线路，4回10 kV线路分别为大坝、汤湖、高坪以及备用供电。6.3 kV配电设备均为户内配电装置，高压开关柜型号为KYN28A型。110、35、10 kV配电设备为户外配电装置，安装于户外升压站。2台厂用变压器 （型号为S11—200 kVA）分别接至6.3 kV两段母线上，0.4 kV厂用低压开关屏和机旁动力屏为MNS型。

本次增效扩容改造机组台数不变 ，装机容量扩容到4 200 kW，年利用小时数增加到3 162.5 h，多年平均电能增加到3 795万kW·h。机组调速器改造为微机调速装置，励磁系统改造为微机励磁。监控方面改造为微机监控，常规继电器保护改为微机保护装置，硅整流电容储能直流系统改造为高频开关直流系统。

2.1调速器改造

原调速器系统只能进行手动调节 ，无法满足机组自动化控制的需求，且设备老化，技术落后，已超过使用年限。本次改造采用华自科技YWT系列数字式微机调速器，它是结合国内外先进技术，运用现代成熟的液压技术和数字技术生产的1种高油压调速器。它与电站二次回路或计算机监控系统相配合，可完成水轮发电机组的增减负荷、开机、停机、紧急停机等任务；并可以和其他装置一起完成自动发电控制，按水位调节等任务。它的可靠性和调节品质能完全满足电站 “无人值班 （少人值守）”的要求。该调速器采用全新的设计思想 ，突破了这些年来一成不变的电气—机械/液压转换元件+主配压阀的经典形式。因此调速器的设计、结构配置、制造工艺、装配发生了根本性的变化。采用了现代液压成熟技术，由高速开关阀 （数字阀）组件实现先导级的液压控制，由逻辑控制阀组件+功率集成阀直接驱动接力器，结构更简单，可靠性得到有效提高。同时，进行元件—组件—回路的多层次组合与优化设计，进而实现调速器的所有功能 （见图1、图2）。

2.2励磁改造

原励磁系统只能进行手动调节，无法满足机组自动化控制的需求，且设备老化，技术落后，已超过使用年限。本次改造采用华自科技PWL—2B双微机三通道自并励静止励磁系统，该系统是华自科技最新研制成功的PWL系列微机励磁控制系统的第三代产品。目前在全球范围内有着数百套系统的优良的运行业绩。PWL—2B双微机自并励静止励磁系统在设计上包含了PWL系列产品的核心技术，同时还吸收了目前数字励磁控制领域内最先进的研究成果和工艺，增加了许多新的先进方法和手段，如高速数字信号处理技术、多处理器的应用技术、独特的控制算法和多种调试手段以及更为人性化的人机交互界面等。PWL—2B双微机励磁系统所有的功能部件全部标准化、系列化，极大地提高了系统的可靠性，方便了系统的设计工作，简化了制造工艺，缩短了交货周期；同时也便于系统检验、调试、维护和备件备用、更换等工作（见图3、图4）。

图1　原调速器

图2　改造后的微机励磁系统

图3　原励磁屏

图4　改造后的微机励磁屏

2.3监控系统改造

微机监控系统采用华自科技MTC系统。MTC系统是面向水利水电工程监控与自动化应用而研制开发的全新的分布开放计算机控制系统 ，它结合了当前国内外最新计算机硬件、软件、网络技术、实时工业控制与未来发展趋势，具有良好的可靠性、可变性、可扩充性和可移植性。MTC系统具有独立自主的版权，标准化程度高，组态能力强 ，具有国际同期先进水平，满足电站 “无人值班 （少人值守）”的要求。

本站采用全分布开放式网络控制系统，系统分两层：厂站控制层以及现地控制单元层。两层之间采用以太网总线，构成高可靠的网络系统。网络通信采用高性能的网络交换机进行连接，LCU与交换机间的网络介质为光纤，具有较高的传输速率和良好的抗电磁干扰能力 （见图5、图6）。

图5　原监控系统

图6　改造后的微机监控系统

2.4保护装置改造

原采用的二次监测、控制、信号系统多为老式非定型产品，制造不规范，灵敏度、可靠性、安全性较差。控制、保护、测量等二次设备与一次设备的容量不匹配；且采用常规的继电器式保护和手动控制方式 ，误差较大，保护系统经常误动、拒动，已不能保障电站安全可靠稳定运行。本次改造采用华自科技微机保护装置DMP300系列装置，具体配置如下：

110kV线路配置：距离保护装置DMP361C+后备保护装置DMP362C+测量装置装置DMP314C。

35 kV线路和10 kV线路配置：线路保护测控装置DMP311C。

主变配置：差动保护装置DMP371C+高后备保护测控装置DMP372C+中后备保护测控装置DMP321C+低后备保护测控装置DMP321C。

发电机配置：差动保护装置DMP320CF+后备保护测控装置DMP321CF。

厂用变配置：厂用变保护测控装置DMP324C。

装置采用密闭抗干扰式保护与监控一体化单元机箱，集中安装在保护屏上。保护装置采用以太网/RS—485通信接口，实现与计算机监控系统的通信。保护装置具有完善的事件记录功能 ，保护动作报告、开关量变位、自检结果、定值改动、录波数据均有记录，可实时传送至后台监控。保护装置具有故障录波功能，能有效地记录故障发生时刻的波形。保护装置除可实时显示电流、电压、频率、功率及各种事件信息外，还可显示接线图，显示界面可通过前面板的RS—232接口在线组态。按键操作简单，中英文操作界面，多级用户权限管理 ，便于现场运行维护人员操作。

2.5直流系统改造

电站原采用硅整流电容储能直流系统 ，本次改造为高频开关直流系统，该系统为华自科技HZD200系列，采用高频开关电源模块组成充电装置，主要用于水力、火力发电厂，各类变电站和其他使用直流设备的用户 （如发电厂、变电站、配电站、石化、钢铁、电气化铁路、房地产等），适用于断路器分、合闸及二次回路的仪器、仪表、继电保护和事故照明的供电。

直流系统由充电屏、馈电屏、电池屏组成，当充电装置容量较小且馈出线回路较少时 ，充电屏和馈电屏可以合并安装在1个充馈电屏内。进线电源采用两路交流输入，可完成两路交流输入的主备切换和互锁，充电装置具有N+1冗余备份，输出电压平稳。整个系统采用全方位的智能化管理 ，可靠性和稳定性大大提高。馈出线回路配置9回20 A控制出线，6回100 A的合闸出线。

直流系统具有完善的监控功能和丰富的告警功能，并有友好的人机界面。当系统和设备发生故障时，系统能够在第一时间发出警报，通知值班人员去处理，并能准确定位故障，减少了查找故障时间。系统有记忆功能，通过监控屏和按键，可以查找前一段时间的故障记录 ，方便值班人员对整个配电系统的检修维护 （见图7、图8）。

图7　原直流系统

图8　高频开关直流系统

3　结 语

总之，电站增效扩容改造可以消除安全隐患，确保安全稳定运行，并提高电站的运行管理水平，降低工作强度。同时，还可以充分利用水能资源，增加发电量，提高生产效率 ，促进电站可持续发展。

责任编辑 吴 昊

2016-03-24

曾 敏 （1983-），男，助理工程师，主要从事水电站电气自动化系统的研发工作。

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