赵山渡水力发电厂电气设备系统改造方案

刘 昊

(浙江珊溪经济发展责任公司，浙江 温州 325000)

0 引 言

赵山渡引水工程以供水、灌溉为主，兼顾发电、防洪综合利用.该工程是飞云江干流中游河段上控制性的一个非常重要水利工程，电厂闸址以上流域2 302 km2，占全流域面积3 252 km2的70.8%，设计总库容3 414 m3.电厂装机容量2×10MW,设计年平均发电量5 140万kW·h.电厂送出工程采用二回35 kV出线，分别送到距电厂8 km的高楼变电所和18 km的蕉坑变电所.工程还距离温州市、瑞安市都非常近，长期从事对温州市区和工程下游的供水供电和灌溉可以说作用是非常重要的.赵山渡水力发电厂是在1998年7月开工，2000年9月下闸蓄水，同年11月开始投运发电的，随着科学技术的进步，其很多电气设备技术已经非常落伍，给发电厂带来了巨大的损失，因此，现欲对其电气设备进行技术改造，实现自动化，提高电厂的可靠性、整体性，创造出更多的经济价值[1-2].

1 赵山渡水力发电厂改造的必要性

由于赵山渡水力发电厂运行了十几年，其设备面临着老化、不安全、技术差等问题，主要表现在：(1)发电厂的控制系统陈旧、老化，安全系数不高，技术不先进导致系统不能正常运行；(2)机组LCU采用的工控机及PLC产品是十几年以前的，这些落后的产品跟现代最新的控制设备之间存在着很多问题，而且还导致很多功能存在非常大的局限性；(3)有些跟机组配套使用的自动化元件年限已久，在长期的使用中导致了其控制性能不好、安全系数不高等不良现象的出现；(4)发电厂电气设备保护系统已经严重跟不上时代的脚步，很多功能已经不完善[3-4].

电气设备改造的紧急、必要性主要表现在以下两个方面：(1)温州瑞安电网最重要调峰电站之一就是赵山渡发电厂，如果该电厂停止运行，将会对温州瑞安的经济造成重大损失；(2)目前水电站计算机监控系统和微机保护技术等综合自动化技术在一些中小型水电站得到了广泛的运用，实现了电力系统调度要求的遥测、遥信、遥调及遥控功能，且极大提高了水电站的安全系数、可靠性.

2 赵山渡水力发电厂电气设备改造

针对发电厂的控制系统陈旧、老化，安全系数不高和技术不先进等现象，浙江珊溪经济发展有限责任公司技术人员和设计方到发电厂现场进行了认真查看，并进行了充分商讨，主要从计算机监控系统、电气保护系统、排水控制系统以及35 kV开关柜等方面提出了赵山渡发电厂电气设备改造方案．

2.1 计算机监控系统

发电厂综合自动化系统按满足“无人值班”(少人值守)的要求进行改造，发电厂原计算机监控系统设备(主计算机和现地控制单元设备等)和常规监控设备(集控台、中央音响屏、变送器屏和机旁自动屏等)全部拆除；改造后的发电厂监控系统采用以计算机监控为主、简易常规设备控制为辅的监控方式，发电厂的正常运行完全依靠计算机监控系统，发电厂操作员工作站按双重化设置.

改造后的计算机监控系统从功能上分为：发电厂控制层和现地控制层.发电厂控制层是发电厂的实时监控中心，负责全厂的自动化功能、采集和处理来自现地控制层的数据(制作各种运行报表、重要设备的运行档案、各种运行参数等)、全站的人机对话(全站设备的运行监视，事故和故障报警，对运行设备的人工干预及监控系统各种参数的修改和设置等)、与现地控制层和温州区调、电厂管理系统、水情测报系统的通信.现地控制层设置三套现地控制单元(LCU)，按被控对象性质分为：二套机组LCU、一套升压站及公用设备LCU.机组LCU布置在主厂房发电机层机组旁；升压站及公用设备LCU布置在中控室.改造后的计算机监控系统主站(包括网络柜)、升压站及公用LCU屏(双屏)布置在中央控制室，机组LCU屏(双屏)布置在主厂房运行层机旁，LCU屏设置测量发电机电流、电压、有功、电能等参数的变送器和多功能电测仪表.

2.2 电气保护系统

发电厂电气保护系统改造按实现全微机保护为原则.发电厂原发电机保护屏、主变保护屏及厂用变保护回路均采用继电器保护装置，故应全部更新；原35kV线路保护为90年代国产早期微机保护装置，考虑到通信接口不一致以及备品备件困难等问题，也列入改造范围内.改造后的发电厂元件保护装置采用国内技术先进、可靠性高的微机元件保护装置，并具有与计算机监控系统通信接口的功能.发电厂电气设备微机保护系统包括发电机保护、35 kV主变压器保护、35 kV线路保护、6 kV厂用变压器保护.35 kV线路微机保护装置要根据电力系统的要求配置，建议采用南京南瑞RCS系列新一代的线路微机保护装置.发电厂微机保护系统主要由四面屏组成，布置在中央控制室.每台发电机设置一面保护屏，屏内装有发电机的全套微机保护装置和断路器操作继电器箱；主变压器设置一面保护屏，屏内装有一套完整的35 kV双圈变压器微机保护装置和断路器操作继电器箱；二回35 kV线路保护设置一面保护屏；6 kV厂用变微机保护装置安装在主变保护屏上，不单独设置保护屏.

2.3 供排水控制系统

改造后渗漏排水泵、检修排水泵以及消防供水泵均采用独立PLC和软启动装置控制，单独组一面屏，集水井(或水池)变送器安装在屏上，通过现场总线与升压站及公用设备现地控制单元相连，完成数据交换及上位机操作指令的传送；调速器三台油泵(2大1小)控制系统集成在一面控制屏内，采用PLC控制；机组冷却风机、除湿器、加热器控制系统集成在一面控制屏内；机组轴承润滑油泵、高压顶起油泵、漏油泵控制系统集成在一面控制屏内；机组技术供水泵和供水阀控制系统集成在一面控制屏内.改造后水泵PLC控制柜和空压机PLC控制柜分别布置在水泵房和空压机室相应位置，其余辅机控制柜布置位置根据实际情况可进行适当调整.

2.4 开关柜等设备的配套改造

拆除原发电厂8台GBC-35型35 kV开关柜，更换为目前技术先进、安全可靠的KYN系列柜型产品.由于两种柜型设备配置和外形尺寸不一致，改造后采用11台35 kV开关柜，考虑到楼板开孔问题，改造后的开关柜底部出线孔应尽可能利用楼板原有开孔，故下阶段施工图设计时需对开关柜布置进行专门设计.5 kV开关柜选用KYN -40.5柜型，该柜型开关柜具有以下特点：

(1)开关柜柜体采用高强度抗腐蚀的敷铝锌板双重折弯成型，由螺栓和拉铆螺母连接而成，整个柜体无焊接；

(2)采用复合绝缘或空气绝缘两种结构，以及最佳的电场设计，柜体结构紧凑、占地面积小(柜体宽度仅为1.2 m)；

(3)具有查询式“五防”连锁机构，以及各项可靠的闭锁装置，能有效防止误操作，确保设备与人身安全，操作方便，运行可靠；

(4)开关柜按功能特征可分为继电器仪表室、手车室、电缆室和母线室四部分，各部分以接地的金属隔板完全隔离，可阻止电弧延伸，保证在发生内部故障时不会影响相邻隔室，可将故障限制在最小范围.柜与柜之间的母线室通过母线套管及分隔板达到互相隔离的目的，从而限制相邻柜之间内部故障电弧产生的影响；

(5)柜体内配用新型全绝缘真空断路器，断路器手车进出操作轻松、灵活；

(6)开关柜外壳防护等级为IP4X.

发电厂原机组配套的自动化元件(压力开关、位置开关、示流信号器、电磁阀等)不够完善或存在可靠性差等问题，不能满足计算机监控系统的要求，需要增补或更换.发电厂油、气、水系统非电量监测变送器(如各油箱、油罐油位)原来配置不全或基本没有配置，故需重新配置.自动化元件建议采用合资或进口优质产品.

为了使发电厂计算机监控系统和电气保护系统免受雷电的侵害，发电厂需设置一套弱电防雷系统，该系统分为电源线路防雷、通信线路防雷、信号线路防雷及等电位接地等四个组成部分，可确保发电厂弱电系统在强雷电环境下可靠运行.设备改造后部分二次电缆需进行增补或更换，根据计算机监控和微机保护系统的要求，均应全部采用计算机系统专用屏蔽电缆.根据消防要求，设备和电缆改造后须采用防火包和防火堵料对电缆孔洞和通道采取必要的封堵和隔断措施.

3 结 语

赵山渡水力发电厂对温州市、瑞安市的经济发展和人民正常生活起着非常重要的作用，因此，当地有关部门必须重视对其电气设备的改造工程，以提高电气设备系统的技术水平，确保该电厂能够跟上时代的脚步实现自动化，能够安全、高效的正常运行，实现经济利益最大化.

参考文献：

[1] 温顺涛.浅析35 kV变电站综合自动化设计[J].电工文摘,2013(13):26-28.

[2] 于 晓，冯保文.发电厂电气综合自动化系统浅析[J].科技创新导报，2011(6):66.

[3] 李宏伟.水电厂二次控制系统设备的优化分析[J].机电信息,2011(15):130-131.

[4] 王凯锋.水力发电厂电气设备系统改造技术探讨[J].中华民居,2012(6):128-129.