依兰晨光发电厂增效扩容改造工程综述

魏书海

(依兰县晨光发电厂，黑龙江 依兰 1548000)



依兰晨光发电厂增效扩容改造工程综述

魏书海

(依兰县晨光发电厂，黑龙江 依兰 1548000)

晨光发电厂作为黑龙江省首批增效扩容改造项目中装机规模最大的电站之一，从设计、招投标到施工组织的建设管理全过程都做到了精心组织、科学论证、合理实施，改造后电站各项指标优越，效益增加明显，运行管理水平极大提高，成功经验值得同类项目借鉴。

增效扩容改造；机电设备；施工组织；工程亮点

0 前 言

为提高水能资源利用效率，保障农村用电需要，消除安全隐患，促进农村水电持续有序发展，水利部和财政部于2011年开始联合开展了农村水电增效扩容改造工作。项目依据《农村水电增效扩容改造项目初步设计指导意见》、《农村水电增效扩容改造财政补助资金管理暂行办法》、《农村水电增效扩容改造项目建设管理指导意见》等文件的要求，以提高综合能效和安全性能、促进水资源综合利用为目标，以技术先进、安全适用、经济合理、保证质量、节能环保为原则，全面发挥工程效益，促进水能资源合理利用。依兰晨光发电厂即是黑龙江省首批参与增效扩容改造建设并取得明显成效的电站之一。

1 电站概况

依兰晨光发电厂位于牡丹江下游，依兰县依兰镇晨光村境内，距依兰县城9km。电厂为一低水头渠道引水式径流电站，电站设计水头6.2m，装机5台，总装机容量12.5MW，单机流量53.3m3/s，年平均发电量为5500×104kWh。电站于1983年建成并投入运行。

电站枢纽由自由溢流坝、冲砂闸、副坝等拦河工程和进水闸、引水渠、前池、发电厂房及尾水渠等引水发电建筑物组成，工程主要建筑物为4级。 自由溢流坝长581m，为过水过冰混凝土护面土石坝，最大坝高6.9m。副坝为均质土坝，长1010m，左岸接进水闸和山体，右岸接牡丹江大堤。12孔冲砂闸设在拦河坝的左岸，孔口尺寸为5m×3m。

引水发电系统的进水闸为8孔，孔口为5m×3m。引水渠全长2696m，渠道底宽44.0m，边坡为1∶2，原设计渠道正常水深3.5m，底边和边坡均为混凝土板衬砌，尾水渠道的断面型式与进水渠相同，尾渠长613m。主厂房面积992m2，副厂房面积394m2。进水口工作桥面高程101.24m。

晨光发电厂为20世纪80年代建成投产的老电站，发电运行已有30多年，机组设备陈旧，效率低下，且时有故障发生，隐患较多，直接影响了安全生产和发电效率。因此，为了保证电站安全运行，进一步提高发电效率，对电站进行增效扩容改造十分必要。

2 改造总体原则

改造遵循以下4点原则：

1)保证电站增效扩容改造后，单机流量不变，机电设备效率大幅提高。

2)在确保电站正常运行和安全可靠的前提下，改造和发电生产两不误。

3)依据国家相关政策，工程重点对机电设备进行更新改造。

4)通过合理安排，施工工期基本安排在枯水期，尽量不影响生产。

3 设备现状分析

1)设备陈旧。均为上世纪80年代产品，设备零配件无处购置，无法维修更换。

2)水轮机叶片汽蚀现象严重。每次大修都要进行补焊浆叶，水轮机工况差，效率低，发电量少，水能利用率只能达到65%，弃水严重。

3)主轴密封不严。有漏水，淹没水导轴承油盆，汛期威胁厂房和机组安全运行。

4)发电机绝缘老化，其中2台发电机绝缘已发黄变脆，随时都有击穿的危险。大修时都不敢做交流耐压试验。

5)调速器漏油，可靠性变差。晨光电厂使用的ST-100机械液压调速器，机械机构复杂，调整困难；机柜内部传递杠杆较多，造成死区较大、不易维修；油管路明管较多,漏油量大等缺陷。加之经过多年的运行，调速器的可靠性已大为降低，瞒足不了并网对频率的要求和佳木斯电网黑启动电源点的要求。而且调速器漏油最为突出，油压装置启动频繁，厂用电损耗大。严重影响发电生产和安全运行。

6)油、水、气系统年久失修。电站油、水、气辅助系统管路以及操作阀门年久失修，存在跑冒滴漏现象，辅属系统设备只能手动运行，性能下降，可靠度低。

7)通讯手段落后。老的载波机与佳木斯电业局光缆接口连不上，现在只有一路无线GPRS在工作，满足不了佳木斯电业局对数据传输的要求。

8)多油开关属淘汰产品性能落后。3台多油开关还在运行，用油量大，密封老化，运行维护费用高。

9)水工建筑工程不配套。尾水叉河流量大，抬高尾水水位，水轮机不在最佳工况，效率下降，发电量少，机组摆渡超差震动大运行状态不稳定。

4 重点改造范围

根据国家水利部、财政部以及我省对农村水电站增效扩容改造的相关文件要求和指示精神，以及晨光电厂的实际情况，确定了本次工程改造范围：

1)水轮发电机组及其附属设备。

2)主变压器及厂用变压器。

3)升压站高压设备。

4)高、低压开关柜。

5)计算机监控及保护系统。

6)视频监控系统。

改造后的电站电气主接线见图1。

图1 改造后的电站电气主接线图

5 施工组织设计

按照省里统一要求， 该项目于2013年底先后完成设备采购及施工企业的招投标工作。

根据资金到位及上游来水情况，科学确定了本工程的工期及开工时间。由于水轮机生产工期为半年，2015年初第1台机组到货，发电机需随水轮机同步进行改造。微机监控、继电保护、高压开关柜、变电所开关、变压器等设备于2014年底开始施工。总的原则是：多发电、少弃水，分段改造，一次完成。

1)根据来水情况，首先改造6.3kVⅠ段母线设备。Ⅰ段母线高压开关柜与微机监控、微机保护、综合自动化同步进行；变电所110kV高压设备、中控室保护屏同步进行。改造后要具备机旁并网发电的能力。Ⅱ段母线设备在Ⅰ段改造完成后进行。

2)35kV停电施工，晨红线电源需跨接依农线，晨红线无计量、无保护，需与佳调、农电提前沟通。

3)施工的重点难题是中央控制室。交叉作业，一部分设备在工作，一部分设备要拆除，保护屏就位不能同步进行。具体施工110kV变压器、线路保护、直流馈电屛、故障录波屛、110kV具备送电条件后，Ⅰ段母线设备发电，再改造35kV系统。

4)直流系统优先施工，公共系统与实际设备对接，充电屏不间断电源，直流馈电屏等经与厂家协商，提前到货。钢厂，硅厂5369、5365开关拆除时，要现地手动操作。厂区变电所设备现地手动操作。

5)变电所新设备接入后，佳木斯电业局随即做试验，确定保护定值，办理增容手续，待中控室的监控及保护设备改造完成后，再进行施工。

6)2015年2月20号水轮机到货，倒排工期，提前拆机，保证水轮机到货后，就能回装。这期间，发电机改造，导水叶的维修都要提前完成，2#机并网发电后再确定3#机的拆机时间。

6 工程亮点

6.1 水轮机

水轮机改造是晨光电厂改造的重中之重，在不增加流量的情况下，提高水轮机效率，从而增加电站发电容量。发电厂流道没有变化，要想提高效率，选择一个与原流道水头一致的技术先进的水轮机转轮是问题的关键。晨光原水轮机由天津发电总厂制造，型号为ZZ-600-LH330,流量53.3m3/s，水头6.2m。出力2690kW。由于当时的制造条件，水头范围比较广，此水轮机4-20m都可以用，效率偏低。额定水头、额定流量工况下，效率只有82.66%。本次改造水轮机由哈尔滨电机厂中标，一流的企业，加上精心的设计和选择，最后选定水轮机转轮型号为ZZA-945A，水头6.5m，流量53.82m3/s，效率92.7%，出力3125kW。新的水轮机叶片为不锈钢材质，转轮体为20硅锰。机组安装结束，试运行按额定工况运行，运行一个月后最大出力达到3450kW。现在5台机组都改造完毕，水轮机效率高，震动小，水导摆渡25道。各项指标都大大优于原设计标准。因为发电机主轴没有更换，为保证机组的安全可靠，根据厂家建议，单机出力按照≤3300kW运行，目前机组运行稳定。

6.2 监控系统

晨光电厂5台机组，两条110kV送出线路，升压站离中央控制室200m以上，本次改造电站设置了计算机监控及保护系统，大大提高了电厂的自动化运行管理水平。系统设置2台操作员工作站，1台工程师工作站，1台通讯工作站，5套机组LCU屏，1套开关站及公用LCU屏。监控系统采用多模光纤环网，系统通过一根24芯OPGW光缆接入佳木斯电业局光纤网络中。改造后的晨光发电厂计算机监控系统结构见图2。

图2 晨光发电厂计算机监控系统结构图

6.3 制动系统

原制动系统，由多个管路组成，通过阀门实现，手动运行。脏乱差，不美观。增效扩容改造把制动系统与机旁测温系统安装在一个机旁屏中，制动系统使用JZF集成制动阀组，将水轮机组制动的手动，自动于一体，简化了传统制动回路中的所有管道，体积小，重量轻，可实现自动制动，手动制动，和顶转子功能。同时把风闸也要进行改造，变成带上下两腔的风闸，制动和复归两腔手动自动操作，安全可靠，高温钻机组橇风闸再也不会发生了。

6.4 磁力启动器。

电厂原设计水泵及漏油泵等的磁力启动器均在水泵室，管道结露，潮湿漏电，设备经常烧毁，消防泵，顶盖泵磁力启动器在水轮机层，压油泵磁力启动器在发电机层，本次改造统一将磁力启动器放在机旁动力屏上，抽屉式开关，维修方便，布线简单，美观大方。监控系统操作相关设备启动、停止，中央控制室十分清楚。

6.5 视频监视系统

晨光电厂大坝离中控室2.69km，是否溢流值班人员看不到，跑水问题经常发生，现在可以通过视频监控清楚。浪柴是夏季影响晨光发电厂发电的主要矛盾，拦污栅堵塞，机组带不上负荷。现在南山进水口是否有浪柴，监控系统看得十分清楚，浪柴多，提前停机，浪柴从大坝飘走，没有了再发电。值长对来水情况了如指掌，调控自如，增加了许多发电量。

7 小 结

晨光发电厂通过增效扩容改造工程实施，消除了水电站的安全隐患，公共安全得到了有效保障。解决了多年的设备缺陷，设备等级明显提高，已经初步具备现代化水电厂标准。

1)发电容量增加：单机容量由2.5MW，增加到3MW，总装机规模相当于增加1台发电机组。

2)年发电量及年利用小时数明显增加：设计多年平均发电量6000万kWh，年平均利用小时4500h；水轮机效率由82.6%增加到92.7%，发电量和经济效益大幅度提高。

3)自动化水平明显提高：可在中控室完成一键式开、停机，实现自动同期并网，从下开机令到自动并网最快时间只需3min。大大减少了人工操作步骤，降低了人工操作的错误率。自动化程度高，保护可靠，安全稳定，基本实现了增效扩容改造的“无人值班、少人值守”的要求，运行值班员明显减少，为下一步定岗定编，推进农村水电体制机制改革奠定了基础。

本次改造的不足之处在于：由于资金少，主要对机电设备进行了改造，水工建筑物没有进行维修改造，渠道进水受阻、尾水泄流困难等问题还依然存在，上述问题待条件允许的情况下，应尽快彻底解决。

晨光发电厂在省水利厅水电局的正确领导下，在相关部门的大力支持下，精心组织，认真实施，全力推进，把这项利国利民的改造工程好事办好。通过这次增效扩容改造，依兰晨光发电厂初步形成了花园式的工厂，现代化的设备，高科技的人才，和谐的团队。为晨光发电厂适应新常态，引领新常态，抢抓历史机遇，再造一个新的晨光发电厂奠定了坚实的基础。

[1]中华人民共和国水利部.水电[2006]338号水利部关于加强农村水电建设管理的意见[S].北京：中华人民共和国水利部，2006.

1007-7596(2017)02-0068-04

2017-02-16

魏书海(1963-)，男，黑龙江依兰人，工程师，从事水电站运行管理工作。

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