马鞍山水电站增效扩容施工方案优化研究

王平（湖南省永顺县水利水电服务站 吉首市 416700）

马鞍山水电站增效扩容施工方案优化研究

王平
（湖南省永顺县水利水电服务站 吉首市 416700）

马鞍山电站增效扩容改造工程任务重、时间紧、技术难度大，在改造实施过程中保证电网转供电、近区供电、兼顾发电，通过精心组织、合理安排，在5个月内完成4台水轮发电机组及全站电气一次、二次设备拆除更换任务，工程质量优良，对老电站改造具有一定的借鉴作用。

马鞍山电站 增效扩容 施工 优化

1 电站概况

马鞍山电站原名湘鄂川黔边革命烈士纪念水电站，由原国家副主席王震为电站题名。该枢纽工程位于湖南省永顺县境内沅水二级支流猛洞河上游，距县城24 km，是一座以防洪、发电为主，兼有航运、养殖等综合效益的中型水利水电工程。电站坝址控制流域面积853 km2，水库总库容2 840万m3，调节库容1 520万m3。1988年6月投产，装有4台单机2 MW混流式水轮发电机组，设计发电水头30 m，单机引用流量8.7 m3/s，设计年发电量3 510万kW·h。电站隶属于永顺县猛洞河水电开发建设有限责任公司，现有职工56人。

改造前马鞍山电站存在以下问题：

（1）电站运行24年，电气设备陈旧落后，保护、测量装置部分瘫痪，发电机组被水淹2次，绝缘受到破坏，导水机构漏水严重、轴承温度高，机组长期带病运行，出力不足、效率低下，运行成本高。厂房漏雨、进水口拦污栅严重变形、防洪墙等水工建筑物局部损坏严重，安全隐患较大。

（2）运行期年平均发电量2 350万kW·h，为设计年发电量的67%。2010年6月上游高家坝防洪枢纽工程（水库总库容8 000万m3，调节库容5 610万m3）投入运行，减轻马鞍山水库防洪压力，提高了发电调蓄能力；高家坝电站装机2×10 MW，设计发电流量62.8 m3/s，而马鞍山电站设计发电流量34.8 m3/s，为高家坝电站的55.5%，发电流量不匹配，导致每年有80 d左右的弃水，水能资源浪费严重。

2 电站改造方案

马鞍山电站改造方案为：将现装机4×2 MW改扩为4×2.5 MW＋1×5 MW，总装机容量15 MW，设计发电引用流量65 m3/s，年发电量5 000万kW·h，年增加发电量2 650万kW·h。工程分两期进行：一期增效扩容工程将4×2 MW机组改造为4×2.5 MW，二期扩建工程新增1×5 MW机组。

本次一期增效扩容工程任务：将4台2 MW水轮发电机组更换为2.5 MW机组，型号为SF2500-18/2600，采用HLJF3636-LJ-120高效水轮机；更换发电机组的励磁屏、LCU屏、测温制动屏；升压站更换2台S11-6300/35主变压器、4台真空断路器、隔离开关、电压互感器等电气设备；更换高压室6.3 kV高压开关柜；更换保护、测量等电气二次设备、直流系统，采用水电站微机综合自动化控制系统；改造进水口拦污栅，主副厂房全面整修装饰。

电站主接线如附图。

附图 电气主接线图

3 增效扩容改造工程实施

马鞍山电站枢纽工程以下游县城防洪、发电为主，电能经马杨35 kV线路并入国家电网永顺县电力公司杨公桥变电站，另一回35 kV线路马长线向上游长潭坪变电站供电，电站近区变压器向水库大坝、首车镇、马鞍山村及电站生活区供电。一期增效扩容工程一是要求工程安全、保质、保量、按期完工；二是要保证马长线及近区变正常供电；三是边改造边发电，尽量不弃水，确保电站改造、生产两不误。

工程改造任务繁重、时间紧、技术难度大，需要在工程施工技术力量、机械设备、资金筹备各方面统筹协调，合理部署。根据电站改造要求，结合电站电气主接线的特点，电站在电网中的作用，经过多次讨论研究，进行方案对比分析，制定了详细周密的施工方案，具体实施过程如下：

第一步，在水轮发电机组、主变等主要机电设备到货前，先进行厂房整修等工作。

2012年3月17日工程正式开工，此前已完成监理单位、施工单位招投标，完成水轮发电机组、主变等主要机电设备采购招标等前期工作。8月前完成主厂房拱型波纹钢屋盖的制作与安装、内外墙粉刷、更换照明设备等，完成中控室吊顶、贴墙裙瓷砖等，完成高压室新KYN28A高压开关柜基础，为全面进行电站增效扩容改造工程做好各项准备工作。

第二步，依次进行升压站、高压室、中控室电气设备改造工作。

8月6日升压站、高压室、中控室电气设备改造工作启动。将马杨线和马长线在龙门架出线绝缘子外用临时跳线相连接，由马杨线向长潭坪变电站供电，同时断开两线与升压站的连接线，为升压站电气设备改造创造条件。

拆除升压站断路器等电气一次设备，电站与县电网断开后，电站开1台发电机供近区和厂用电；8月13日完成升压站断路器、隔离开关等电气一次设备拆旧换新和调试工作，保留1#旧主变，将该变压器高压侧与马杨线连接，低压侧与近区变直接供近区和厂用电。4台机组停机，拆除6.3kV高压室高压开关柜和中控室控制、直流、保护、测量屏，安装新屏柜。

8月22日拆除更换4台水轮发电机组机旁屏（励磁调节屏、励磁功率屏、机组LCU屏、测温制动屏）及励磁变压器，同时敷设高压室和中控室之间电力、控制电缆，进行保护、测量、控制及直流系统的接线，安装电站监控系统、电子LED显示屏，9月6日调试完成后更换2台主变压器。

新变压器安装在原变压器基础上，出线绝缘套管底部对地安全距离达不到2.5 m的要求，基础需加高50 cm，如将旧变压器拆除后加高钢筋混凝土基础，混凝土浇筑养护时间较长，影响电网向电站倒供电，且需使用2次吊车，增加施工程序和费用。实施中提前预制混凝土基础，拆除旧变压器后先将预制混凝土基础吊装到位，再吊装新变压器，一次完成新旧变压器的拆除和安装任务，简化施工程序，节约时间、费用。

第三步，水轮发电机组逐台改造。

因受厂房安装场地限制，为利于施工，水轮发电机组从内往外逐台改造。9月3日首先拆除最里侧4#水轮发电机组，同时将另3台老机组与新的机旁屏连接，9月16～22日3台老机组相继调试成功，利用新的电气一、二次设备并网发电。10月12日4#水轮发电机组试机成功并网发电，此时新、老机组同时发电，新机组实现自动控制，另3台老机组采用手动控制。4#新机组发电后，拆除3#老机组，然后依次进行2#、1#机组改造工作。

原机组调速器2008年更换为YWT数字可编程调速器，与电站自动控制系统兼容，工作电源为直流110 V，现直流系统电压为220 V，更换电源模块满足新机组调节要求。电站气系统压缩机老化，更换为螺杆空气压缩机，油、水系统经设计人员复核满足新水轮发电机组要求。

第四步，完成进水口拦污栅改造及扫尾工作。

12月中旬完成4台水轮发电机组及全站电气一次、二次设备拆除更换等任务，水库水位放至发电进水口底板高程，进行拦污栅更换改造工作。收集整理工程建设相关资料，做好项目完工验收准备工作。

4 改造效果

投产后6个多月的运行情况表明，改造达到预期效果，各项效益指标显著：

（1）电站出力提高了25%，由原来不足8 MW提高到10 MW，减少了弃水，提高了水能资源利用率；减少CO2及有害气体的排放，促进节能减排事业的发展。

（2）发电收益明显增加。经测算，年增发电量983万kW·h，增加41.8%，同时电站上网电价提高0.057元/kW·h，此两项带来的发电收益有480余万元，较原发电收入700万元增加68.6%，促进了公司可持续发展。

（3）全站采用微机自动化控制，实现无人值班、少人值守，电站面貌焕然一新，有效提高了设备完好率，消除了安全隐患。

5 结 论

（1）精心组织、巧妙安排。工程得到省、州、县各级领导及相关单位的大力支持，猛洞河水电开发建设有限责任公司高度重视，成立由公司董事长任经理的改造工程项目部，成员由各电站技术骨干力量组成。项目部积极与施工方、生产厂家及供应商沟通，制定科学合理的施工方案，精心组织工程施工，每天班前工作会下达工作任务，明确施工程序、带电部位，强调安全注意事项及安全措施。

要生产也要效益，在确保工程质量、工期的前提下，通过巧妙安排，灵活调度马长线、近区变供电，将电气设备与水轮发电机组改造分开实施，实现工程施工、电站生产两不误。把电气一、二次设备改造安排在8月份干旱期施工，先发电将水库水位放至低水位，施工期间蓄水。克服天气炎热的困难，合理安排早晚施工时间，抢抓进度，1个半月完成升压站、高压室、中控室电气一次、二次设备安装调试任务。

4台机组的机旁屏一次全部更换，老机组与新屏接线按改造标准执行，电力、测量、保护、控制电缆一次敷设到位，只需对机组进行更换和调试工作，简化施工程序，缩短每台机组改造时间，加快工程进度。采取1机改造3机发电的模式，依次完成4台机组改造，在枯水期低水位进行发电进水口拦污栅改造，充分利用水能资源，最大限度避免水库弃水。机组改造期间利用老机组发电815万kW·h，创收240万元，取得了可观的经济效益，实现了在改造施工过程中增效。

（2）大胆尝试，勇于探索。按照采用新材料、新设备、新技术、新工艺的原则，在选择机组设备时，采用中国水电科学研究院设计的高效率水轮机转轮，该设备属目前国内前沿科研成果，水轮机最高效率93.78%，发电引用流量增加11.3%，出力增加25%。要求厂家采用先进工艺和高科技材料，发电机组推力轴瓦材料采用弹性金属塑料，消除了原来长期存在的机组推力轴瓦（采用巴氏合金材料）温度过高的安全隐患。

通过大胆尝试，成功解决了技术难题老机组与新设备相互能够兼容发电，实现1机安装3机发电。改造过程中老机组用新控制屏及励磁装置发电，此前没有先例，无经验可循。项目部将新老机组各项参数进行对比，电压、电流值均在新机组范围内，老机组励磁电压、电流值分别为104 V、345 A，新机组为135 V、240 A，励磁电流偏小。经反复论证、优化机组启动试运行方案，确保老机组励磁电流在新励磁装置允许范围内，经72 h试运行，机组安全稳定运行，功率因数保持在（0.90～0.93）之间，充分利用水库蓄水抢发有功电量。

（3）文明生产，安全第一。安全生产，人人有责，设立专职安全生产管理人员，明确安全生产责任，编制了保证安全生产的措施方案，落实各项安全技术措施，如：变压器、水轮发电机组等吊装由持证特种作业人员操作，专人指挥；改造机组机坑周围设置围栏，悬挂警示牌；高处拆卸安装作业系好安全带，挂好安全绳，专职安全员进行监督指导；工程改造过程中有电网供电、近区供电、电站发电，各电气设备带电情况复杂，点多面广，交叉作业多，加强施工安全管理，在带电设备处设置围栏、悬挂警示牌等，作业前要验电检查、作业后报告、全程由安全员监督。工程建设过程中没有安全事故发生，确保人员和设备安全，工程质量和工期得到有效保证。

（4）人尽其才，团结协作。公司承担了电气一、二次设备、自动控制设备安装、金结加工制作等业务，施工人员来自电站技术管理、维修、运行等部门，工作经验丰富，熟悉电站设备、运行情况；施工队伍分成3个小组，发挥各自技能优势，比质量、比进度，平时独立施工，又可根据具体任务灵活组合，施工中遇到的难题，大家献计献策，积极采纳合理化建议，如断路器钢架基础、电站近区供电合理调度、老机组用新屏等问题均采纳了技术人员的建议。改造过程中人尽其才、团结协作，既锻炼了队伍，又节约了资金。

改造中及时安排职工进行电站自动化控制运行管理知识和技能培训，较快地适应和掌握新设备运行技术，确保了电站安全高效地运行。马鞍山电站增效扩容工程通过科学合理部署，精心组织施工，在改造过程中尽量避免水库弃水，取得改造与发电双赢的效果。

2016-04-28）

王平（1975-），男，土家族，湖南永顺县人，大学本科，工程师，研究方向：农村水电、电力系统及其自动化、水利工程管理。