世界几大水电站的升级改造

运行与管理

世界几大水电站的升级改造

水电站厂房设备的升级改造有助于延长其工作寿命，还有助于提高效率甚至增加发电量。以中国台湾、挪威、芬兰、瑞士、瑞典、南非等几座水电站厂房机组升级改造为例，介绍了水电站厂房设备升级改造的最新资讯以及对厂房设备升级改造方案有帮助的市场产品信息。

水电站厂房；水电站机组；升级改造

1 中国台湾明潭水电站的升级改造

中国台湾电力公司近来委托美国通用电气公司(GE)的电力转换业务部为明潭抽水蓄能电站提供升级改造服务，通过升级改造，该水电站的使用寿命将延长20 a。

明潭抽水蓄能电站是台湾最大的水电站，装机容量1 602 MW，在地区清洁能源供应方面起到重要作用。根据服务合同，GE公司将升级改造两组启动变频器(SFC)控制系统，以此提高电站的谐波水平。此外，GE公司也将提供不间断供电(UPS)系统并进行工厂验收试验(FAT)及现场测试。这些工作不影响电站的正常运行。GE公司的解决方案也将允许以热能和水能启动电机。

GE公司提供的SFC控制系统同样可应用在隶属于台湾电力公司的热电站。

2 挪威两大水电站的升级改造

德国福伊特水电公司已与锡拉-克维纳克拉夫赛尔斯卡普DA(Sira-Kvina Kraftselskap DA)公司签署了为通斯塔德(Tonstad)、索尔霍姆(Solhom)两大水电站厂房控制系统升级改造的合同，合同金额为3 890万美元(3.2 亿挪威克朗)。

合同内容包括两座电站控制系统、电力辅助系统的升级和现代化改造，将其旧的继电器控制系统升级为基于可编程逻辑控制器(PLC)的继电器控制系统。除了机组的控制系统外，还会对复杂中压系统和超高压系统的保护控制系统进行升级改造。

通斯塔德水电站是挪威最大水电站，其年均发电量达3 800 GW·h。因此在挪威能源供应方面作用重大，并于1968年首批加入国家能源网。增容改造自2017年春从辅助系统开始，将进行一年一度的逐步调试。全部5台机组的新控制系统将在2018～2022年期间试车。

索尔霍姆水电站升级改造的一部分将于2019年与辅助系统调试安装同步进行，机组的新控制系统将于2020年和2021年进行安装。该水电站装配两台混流式水轮机，年均发电量为695 GW·h。通斯塔德水电站与索尔霍姆水电站总计向大约230 000户家庭供电。

这两座水电站项目经理表示，升级改造工程着实令人激动但也任务艰巨，其中存在多项技术挑战。在升级改造中必须保证另外的机组能满负荷运行。得益于有丰富的经验及与客户的密切合作，这支高效专业团队才能按期圆满完成任务。

福伊特水电公司首席执行官(CEO)助理补充到，很荣幸获得锡拉-克维纳公司的这个知名项目，这是挪威水电市场中能获得的最大单项自动化合同。

3 世界知名公司承担的水电站改造项目

3.1 芬兰电力机械公司

电站厂房中最重要的设备当然是水轮机与发电机。近来在世界范围内完成的水电站升级改造项目都增大了电站发电量。以芬兰为例， 2016年11月份努朱阿(Nuojua)水电站一台旧机组进行了现代化改造，装机容量从25 MW增加到 34.2 MW。

电力机械公司(Power Machines)制造并提供了带有推力轴承基座的水轮发电机定子，监督安装，并进行了调试，这标志着努朱阿水轮发电机3台机组现代化改造工程正式启动。

几家联合企业在2014年共同签署了水电机组现代化改造的协议，并共同完成了附属设备的拆解、装配及供应。

3.2 美国通用电气公司

在美国GE公司可再生能源部宣布更换努朱阿电站的3台卧式水轮机后，瑞士沃利斯地区的莫泰克(Mottec)水电站的装机容量也有望从69 MW增加到88 MW。

在已签署的一份协议中，GE公司将为这座运行了57 a的电站设计、制造并输送新的发电机。该设备设计工作将由GE公司小水电卓越中心承担，之后由同样位于西班牙毕尔巴鄂的新发电机厂制造。新机组变压器容量为37 MVA，优于GE公司FMG项目的29 MVA。预计该项目首台发电机将在2018年投入使用。

3.3 瑞典CKO公司

瑞典CKD Blansko股份公司赢得了瑞典境内瓦辛科斯基(Vässinkoski)水电站厂房更新改造的合同。根据合同，CKD公司需对水轮机彻底改造。该公司也将与其他公司合作，对水轮机实施改造。

瓦辛科斯基水电站自1967年便开始投入运行，该电站座落在乌沙(Orsa)市和斯韦格(Sveg)市之间的厄勒(Oreälven)河上，并配有一台输出功率11.6 MW、转轮半径1 545 mm的单个混流式立式水轮机。该电站即将于2017年完工。

3.4 德国福伊特公司

早在2016年6月，福伊特公司宣布将对南非德拉肯德堡(Drakensberg)抽水蓄能电站的3台发电机进行现代化改造。这项投资1 100万欧元的项目包括这3台发电机直到2018年正常运行期间的制造、安装及调试。

这是福伊特公司从德拉肯德堡水电站获得的第一笔订单，该电站机组由南非能源供应商艾斯科姆(Eskom)公司安装。投标期间，福伊特公司用技术理念说服运营商通过专业措施提高发电机性能。

福伊特水电公司德拉肯德堡项目电力专家与技术支持部经理阿尔托夫表示，采取这些措施可降低机组运行温度及机械振动，因此其运行寿命能大大延长。机组更新后至少能延长40 a的使用寿命。

德拉肯德堡水电站总装机容量为1 000 MW，在南非同类项目中排名第二。该水电站最独特之处为其电站厂房完全建在地下。4台可逆式水泵水轮机全部置于地下，只有输电线杆和线路能地面可见。该电站从1981年运行至今，对稳定电网贡献颇大，并能产生所需的发电量或储存盈余电能，从而对电力需求波动性迅速做出反应。多目标效益电站的灵活性对南非电网稳定及电力供应质量都非常重要。

4 电站数字化管理与设备管理平台

GE公司于11月份宣布将极力向电站业主、电网运营商和能源管理者推广应用基于Predix平台的软件系列。GE公司为水电运营商展示了数字水电站，即GE公司第4代基于Predix平台数字电站解决方案。GE公司在声明中表示，数字水电站延伸了GE公司的水电数字化解决方式，产生直接效益，包括最高降低10%的维护费，电站运用效率增加1%并最高增加3%的收益。

数字水电站引入了一套软件应用程序和硬件解决方案，来帮助水电客户在电站使用年限期间提高其可靠性、效率、网络安全和利润。该系列包括：

(1) 资产绩效管理(APM)。Predix平台的APM能帮助水电站最高降低10%的维护费。异常预测检测和长期预测能提前数小时或数周警示故障。GE公司表示，APM能通过消除水电站计划外停机并预测维修情况而使发电量增加1%。

(2) 运行优化。此应用程序向电站运营商提供了基准数据关联的电站性能，并在如何提高产能、效率及灵活性方面给出了建议。这样就提高了生产力，降低了发电成本(LCoE)并加强了停运管理(从空转至满负荷运行整个过程用时不到80 s)。该软件着重于热性能指标(表示输出功率或效率的可能损耗)和操作灵活性(电站如何充分满足运行需求)。

(3) 业务优化。水供应的多变性使水电站运营商很难在招投标时期作出准确预测。GE公司的业务优化应用能通过比较历史数据与基准数据来提高短期和长期发电量预测的精确度，潜在增加3%的发电量。

2016年6月，GE公司在明尼阿波利斯的国际水电展上展示了其最新的水电站数字智能状态监测系统(iCMS)。

作为GE公司资产绩效管理方案的一部分，iCMS使用机器学习系统来提高电站的监控维护效率，并能额外产生最高1%的发电量。该系统收集并分析了一些像温度、振动速度、加速度、角速度之类的实时数据，以此找寻电站机械、电子方面的故障或失能的早期迹象。然后电力企业和GE公司工程师就可以通过特别定制的虚拟现实人机界面访问数据，该界面可将信息转换为交互式直观可视的实体画面。所有这些分析都会报告给预测模型，以识别并诊断出未来可能会出现故障的组件，使维修程序尽可能顺利、快捷。

iCMS已用于支持位于法国西南的由EDSB公司运行管理的蓬特鲍尔迪(Pont Baldy)水电站。自2015年12月起，iCMS每月会收集和分析大概2 TB的原始数据，并分析处理公司早前收集的历时3 a的温度、维修和停机等数据。因此，GE公司能生成对水轮机组件剩余寿命诊断性的评价，计算电站的健康指数，并提出运行和维护方面的建议。

2016年年初，艾默生公司(Emerson)宣布推出全面资产测控平台，以提高可靠性及电站发电效率。

AMS ARES设备管理平台是设计用来按优先顺序排列并发布资产及设备健康数据的平台，使维护决策能够改善运行状况，并提高资产的利用率。该公司表示，无论何时何地，用户都能在安装有资产健康概要分析程序的传统台式电脑、笔记本电脑、智能手机、电站内外的平板电脑上安全访问、共享关键数据。

AMS ARES设备管理平台的引入代表着AMS技术和服务朝着新现代投资组合演变，集中提供数字智能工具来帮助客户更有效地运行管理其电站和资产。作为艾默生公司电网数字生态系统的一部分，AMS ARES设备管理平台利用多项传感技术收集数据并整体评估厂房设备资产当前的健康状况。

基于Persona开发的信息准入程序能确保具备相应资格的电站工作人员即时获得明晰的资产健康状况概要。根据危机程度分配优先级的流线型仪表盘和嵌入式工具，便于用户快速确定问题的危机程度，促使工作流程加快，增加电站效益。

电站工作人员在需要时要适时掌握资产健康状况。艾默生公司自动化解决方案业务开发部副主席表示，公司致力于提供问题出现前的预防性问题信息的解决方案。通过提供一个安全、灵活、易于部署，且能就多类资产问题进行沟通的平台，能以最少的努力并在合适的时间向所有相关人员提供资产健康数据。

AMS ARES平台标志着一个从数据管理到输送决策见解的显著转变。资产可视化程度越高，并非意味着能获取更多的数据。AMS ARES平台根据职责发布信息，因此每个人都只会看到与自己职责相关的数据。

作为与工业生产过程同步演变的设计平台，AMS ARES平台充分利用了OPC UA开源架构。该平台可为用户提供人机界面、整合历史数据、获取商业情报与报表工具，使资产健康真正成为业务操作系统界面中的一部分。

刘可薇柯学莎译

(编辑：朱晓红)

TV731

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2017-05-21

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