红旗水电站增效扩容改造

龙晓红

(贵州省黔东南州地方电力总公司，贵州 凯里 556000)



红旗水电站增效扩容改造

龙晓红

(贵州省黔东南州地方电力总公司，贵州 凯里 556000)

为了充分利用水能资源，促进人水和谐的迫切需要，红旗电站被列为贵州省规划的增效扩容改造电站，其增效扩容改造内容为：增大装机容量，更新老化的水轮发电机组及相关起重、励磁系统、调速器、高低压开关柜、计算机监控系统、蝶阀等设备，提高机组的完好率和安全运行的可靠性，提高机组自动化水平，实现无人值班(少人值守)，提高水轮发电机组的发电出力，实现节能减排，提高发电经济效益，同时改善职工工作环境。

水电站；增效扩容；安全运行；经济效益

1 概 述

红旗水电站位于贵州省镇远县涌溪乡舞阳河干流上，属黔东南州境内舞阳河流域梯级开发的第6级电站,是地方性的水电企业，国营性质。水库总库容5 800万m3，始建于1971年7月，1981年4月开始蓄水发电，1987年全部建成发电。电站为堤坝式，是季调节的中型水库，工程以发电为主，兼顾防洪保护和旅游、灌溉。电站设计流量50.4 m3/s，设计水头34.5 m；设计多年平均发电量6 060万kW·h,设计利用小时4 734 h，总装机容量14 MW(2×3.2 MW +2×3.8 MW)。电站水工建筑物有混凝土双曲圆弧拱坝、水库、溢洪设施、引水建筑物、压力钢管、主副厂房等，主要的机电部分有：4台水轮机(型号为HL123—LJ—140)和发电机(型号为TS325/36—20)，4台调速器(型号为SLT—3000)，4套励磁系统(型号为FJL—2)，2台主变压器(型号为SF9—10000/35)及厂变、励磁变、开关柜、控制保护装置等。

红旗水电站电气主接线采用1、2号机组和3、4号机组分别选择两机一变的扩大单元单母分段接线方案，电站主要35 kV输电线2回，总长16 km。电站就近输送电能到镇远开关站，以此分配电能和与国家电网联网。

2 改造的必要性

红旗水电站水轮发电机组是20世纪60年代由原天津发电设备厂生产的，机组运行至今已有近30余年。机组运行时间较长，发电机定子绝缘严重老化，表面严重锈蚀，气蚀严重，存在漏油漏水现象。水轮机转轮空蚀后经反复补焊打磨，导致过流面变形受损，密封间隙增加，机组振动增大，水轮机效率明显下降。停机检修造成水库大量弃水,不但增加了检修工时和维修成本,还造成了水资源的浪费，需要进行增效扩容技术改造。

电站原调速器已经运行数年，设计标准、性能参数均很低。2002年,将调速器控制部分更换成全数字可编程微机组合式调速器SLT—3000,而调速器油压装置、回油箱、主接力器等未改造。经过多年运行，机械磨损严重，大部分的零配件都已无法购买；原油压2.5 MPa，带调速轴的调速器已经很少使用，需进行更新改造。

电站所使用的蝴蝶阀为液控操作，直径为1 750 mm，因其所处的环境潮湿,阀门锈蚀较为严重,有漏水现象，其控制部分无法达到原设计的自动关闭要求，一旦机组发生紧急事故停机时,无法及时关闭蝴蝶阀，存在重大的运行安全隐患，必须更换。

电站运行的主要电气设备性能老化、锈蚀严重、安全风险高。如厂变为淘汰型落后产品，损耗大，运行费用高，因厂用负荷增加，该厂用变压器需要更换。发电机主引出线及主变压器低压侧进线母线均采用铝排外包热缩的方式、故障点较多，需改造。

红旗电站35 kV电压侧、发电机6.3 kV电压侧、厂用0.4 kV电压侧采用的高压开关柜为老式柜型，不具备防误操作功能，原件均已老化，现已淘汰，需全部进行更换。

电站厂房内安装1台原重庆起重机厂生产的电动双梁桥式起重机，主钩额定起重量为30 t，副钩额定起重量为5 t，跨度为10.0 m，工作级制为A3。现起重机的小钩已经坏了，不能正常使用，起重机滑触线为三相裸露线，有一定的安全隐患。由于水轮发电机增容，主钩额定起重量参数应提高，需进行更换。

电站原励磁系统采用相复励装置，自投入运行以来，由于该系统设计标准低，各元件质量不高，导致元件参数达不到要求，在机组突然增加或甩负荷时，容易产生过电压，造成机组过电压保护动作而自动停机；机组增容改造后，励磁系统需根据改造后的容量重新更换。

电站控制保护装置于2005年由湖南紫光测控有限公司按微机综合自动化配置改造完毕。随着科技的发展和进步，机组增容改造后电站需对原计算机监控系统和保护系统进行升级改造。

红旗水电站经过近30 a的运行，水力机械及金属结构、主要机电设备陈旧落后，水轮机表面严重锈蚀，气蚀严重，水轮机发电机组效率低下，致使发电出力大为降低。2000—2004年年平均发电量为6 840万kW·h，2001—2012年年平均发电量为5 997万kW·h，电站近几年发电量明显呈逐年下降趋势，且汛期有部分弃水情况。为了促进水能资源综合利用，提高电站的发电效益，促进地方经济发展，保证电站安全稳定运行，红旗水电站增效扩容改造势在必行。

3 改造的设计原则和实施

3.1 装机容量的选择

充分考虑电站现有水工结构及相关设备，以效益最大化为原则，不增加原有机组台数，不新增移民和永久占地，不改造电站水工建筑物、引水系统和厂房结构，提出以下装机容量比选：

方案一：装机容量4×3 500 kW，多年平均发电量7 231万kW·h，利用小时数5 165 h，估算投资3 400万元，单位电能投资0.470 2元/kW·h。方案二：装机容量4×4 000 kW，多年平均发电量7 428万kW·h，利用小时数4 643 h，估算投资3 428万元，单位电能投资0.468 8元/kW·h。方案三：装机容量4×4 500 kW，多年平均发电量7 810万kW·h，利用小时数4 339 h，估算投资3 780万元，单位电能投资0.484 0元/kW·h。

通过比选，方案二单位电能投资最低，比原装机容量增容15%，方案三发电机组埋件及辅助系统会变动，方案一较原装机总容量没有增加。因此，选择采用方案二对水电站进行增效扩容改造，发电量可提高22.5%。

3.2 水力机械及金属结构的改造及选型

水轮发电机组改造采用混流式水轮机组，型号为HL(240C)—LJ—138，采用240C的优秀转轮，该转轮额定效率为93.8%，最优单位转速68 r/min，最优单位流量1.26 m3/s，气蚀系数0.2，使用水头为25～45 m,额定出力为4 253 kW，最大出力4 630 kW。水轮机蜗壳、尾水管、座环等埋件不动，所选机组需适应原机组埋件的尺寸要求，转轮直径不变。配发电机型号SF4000—20/3250，选用发电机型号定子线圈为F级绝缘，额定出力为4 000 kW；发电机机坑尺寸不改造，机架埋设基础尺寸不改造，所选的机组尺寸和埋件满足原机组尺寸和埋件的要求。

主阀设备改造主要包括4台套公称直径为1.75 m的水轮机进水阀本体及附属设备、高压油操作系统设备、控制系统设备等。实现检修水轮机时截断水轮机进水；机组长期停运时截断上游来水以减少导叶漏水，防止机组蠕动；机组调速系统事故、机组转速升高到整定值情况下，动水紧急关闭，以防止事故扩大，保护机组。

厂房桥式起吊重量为发电机转子，由于水轮发电机组增容，起吊重量增加，本次改造选用型号为QD32/5 t—10.5 m的电动双梁桥式起重机，工作级别为A3，主钩32 t，副钩5 t，跨度10.5 m，起重机的滑触线采用封闭式，控制机构要求有限位装置。

技术供水系统采用新型全自动滤水器，厂房排水系统更换水泵和电动机、水位监测元件，实现机组正常运行条件下的自动控制排水，提高水泵的效率，降低厂用电的消耗量。

3.3 主要机电设备的改造和选型

2005年，已对主变进行了改造，型号为SF9—10000/35，机组增容后原主变容量满足要求，无需进行更换。将原近区变、厂用变更换为节能型变压器；励磁变随励磁系统厂家重新提供。

发电机采用自并激可控硅整流静止励磁系统，采用微机型励磁调节器，应能实现现地和远方控制。独立的2个调节通道能实现手动及自动调节，具备较高的可靠性和可维护性。

选配的自动化元件要保证正确可靠监视油、气、水及轴承、发电机定子等重要部位的运行参数与工况，为计算机监控系统提供可靠准确信息，能构成可靠的水力机械保护系统。

机组增容改造后电站按“无人值班(少人值守)”运行方式的原则设计，采用MTC—3电站自动化系统，分为电站控制级和现地控制级(LCU)两层，计算机监控系统能与励磁、调速器、直流系统、电度表等通信。

直流电源系统要考虑可靠性、先进性、可扩充性、智能性。

视频监控系统最直接的作用就是使管理者能集中、实时的掌握本项目内各重要区域、重要设备的人员及财产安全。

微机保护系统分别按发电机、变压器及线路单元及功能进行组屏，本着安全、可靠、经济、先进、实用、易于维护的原则进行配置。

增容后的发电机电压母线及主变进线、35 kV母线采用共箱自冷式封闭母线，以减少故障点，保证供电可靠性。

更换为35 kV KYN61—40.5开关柜及其附属设备、6.3 kV XGN2—12高压开关柜及其附属设备、0.4 kV MNS开关柜及其附属设备。开关柜盘面布置均匀、整齐，便于检修、操作和监视。开关柜应能防止因本身缺陷、异常或误操作导致的内电弧伤及人员，具备完善的五防功能。

4 结 论

为了提高红旗水电站的综合效能、安全性能和自动化水平，促进水资源的综合利用，适应国家可再生能源开发政策，其增效扩容改造于2013年实施，以机电设备更新改造为重点，在不改变电站水源建筑物、引水系统、厂房等土建设施的基础上，改造水轮发电机组，增加发电机额定出力。2013年改造完成3号机组，2014年改造完成4号机组，2013年年发电量为6 572万kW·h，2014年发电量达7 696万kW·h，增效扩容效果明显。同时，还更新改造了相关桥式起重机、励磁系统、调速器、高低压开关柜、计算机监控系统、蝶阀、共箱母线等设备，不但提高了红旗电站的发电效益，也提高了机组的完好率和安全运行的可靠性，提高了电站的自动化水平，改善了职工工作环境。

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责任编辑 吴 昊

2015-06-01

龙晓红(1976-)，女，工程师，主要从事水电站运行与管理工作。E_mail：5148287@qq.com