完善设计优化施工实现改造、供水、发电共赢

2016-02-23李昶恒孔虎泰牛晓红

小水电 2016年2期

关键词：水电站

李昶恒，孔虎泰，牛晓红

(东武仕水电站，河北邯郸 056000)

完善设计优化施工实现改造、供水、发电共赢

李昶恒，孔虎泰，牛晓红

(东武仕水电站，河北邯郸 056000)

摘要：水电站在增效扩容项目机电设备改造时，在项目申报之初，应正确做出详尽的、切实可行的方案设计和概预算，给项目的申报和资金的筹措提供基础资料；施工之前再结合项目的特殊性，制定出一个完整的系统的施工组织设计，确保旧设备的拆除、新设备的安装能适应项目的实际要求并顺利实施，满足正常运行要求。

关键词：水电站；增效扩容；完善设计；优化施工

1概述

1.1电站概况

东武仕水电站位于河北省磁县以西约7 km的东武仕村，是东武仕水库水利枢纽工程的一个组成部分，属坝后式电站。电站自1971年开始建设，于1975年2月正式投产运行，装机容量2×3 200 kW，设计水头28.9 m，设计流量25.2 m3/s，多年平均发电量1 000万kW·h。发电机的出线电压为6.3 kV,升压至35 kV后可通过2条输电线路与当地电网并列运行。

1.2改造的必要性和紧迫性

从建站投产到2012年，电站已运行37 a，机电设备均已超过设计使用年限。机组磨损、锈蚀、气蚀严重，综合效率降至65.8%～70.5%；附属设备自动化程度低、能耗高、故障多，每年因设备故障抢修的次数越来越多，电站的设备更新改造已势在必行。新推出的农村水电增效扩容改造政策给东武仕电站带来了新的希望和重生的契机。电站抓住机遇，细心谋划，密切配合设计和施工单位，认真落实各项前期工作，安排好施工组织，为顺利实施增效扩容改造奠定了基础。

1.3改造的过程及效果

本工程从2012年开始初设，年底通过省水利厅、财政厅联合批复。2013年，成立了东武仕水电站增效扩容改造建设处负责本项目实施，同时抽调电站技术人员参与了技施设计，做了大量的设备更新改造调研工作。2014年年初，开始进行招投标工作，7月合同全部签订完毕，施工单位和监理进场，改造工作全面展开；于2014年12月28日完成全部工程，2015年1月进行了完工验收并成功投入试生产运行。改造后的效果达到了财政部、水利部相关标准的要求，取得了良好的改造效果。

2前期工作的关键

在整个设计和招投标过程中，电站技术人员充分发挥对电站设备及运行情况熟悉的优势，全力与设计、招标代理公司合作，使选购的设备在保证技术先进性、质量可靠性的基础上，能够充分与电站实际运行情况相吻合，实现全站设备的高效、安全、经济运行。

2.1合理确定改造范围

根据电站设备的现状，结合国家改造资金补助政策，为了把有限的资金用在最需要的地方，电站专门抽出技术人员配合设计院，对所有设备进行了详细的分析与评价，对设备改造的迫切性进行了排序。

2.1.1水轮机磨损严重、效率降低

电站水轮机组为20世纪70年代设计制造的普通转轮，经多年运行，机组综合效率已降到70%以下。水轮机操控机构不灵活，转动部件磨损间隙大，设备锈蚀严重，上导轴承油盆甩油加剧，导水机构漏水量大，机组振动及噪音增强，运行状态不稳定等问题，严重影响机组的安全运行，降低了电站的发电效益。其效率与目前的新型高效转轮相差达20%，故列为更新对象。

2.1.2电气设备老化严重、能耗高、安全隐患多

电站的变压器介损严重超标，属高损耗淘汰产品，已不能保障安全经济运行；其他一次设备，特别是6.3 kV和35 kV开关设备，都是六七十年代生产的开敞式无防护型设备，绝缘老化，运行超温、渗油严重，性能差，误动拒动及开关跳合闸线圈烧毁等故障频频发生，给安全生产带来诸多隐患。与目前升级的电气、开关设备技术先进性和安全性存在很大差距，故列为改造对象。2.1.3控制保护设备技术普遍落后，自动化水平低

电站励磁、调速、监控、保护及水机自动化系统由于技术落后、设备陈旧、自动化水平低，运行调度动作不可靠，无论是响应速度还是调节性能都无法满足电网调度和安全生产的要求，选购备品备件和维护检修困难。与现在采用的无人值班(少人值守)系统技术差距太大，故列为改造内容。2.1.4发电机部分虽有老化，但仍有运行利用空间

定子及转子线圈绝缘虽有老化，但结合机组很少在满负荷区域运行、设备利用小时数低等情况，查阅核对历年预防性试验报告，试验项目数据合格，仍有运行利用空间；故只有发电机未列入改造对象而列大修处理。

2.2设计等前期工作中抓住以下主要环节

2.2.1增效的关键是采用高效转轮

在水轮机选型中，为结合电站工农业供水的不同方式，选配更好的转轮方案，我们专门联系中国水科院，利用电站多年统计的技术数据，根据现阶段运行方式，对2台机组分别进行了不同运行工况的测定，取得第一手技术资料数据。依据2台机组新的运行工况要求，1号机组在流量4.5 m3/s时能长期安全、稳定、高效运行；2号机在额定水头30 m时，机组出力达到3 200 kW，且高效运行。水科院通过对新开发的JF36系列水轮机模型试验，对JF3637B—35和JF 3653—35模型水轮机进行CFD计算，得出这2个型号水轮机的速度和压力等分布合理，流动理想，具有优良的水力性能，能满足电站2台机组新的运行工况要求。同时，将原16个活动导叶改为24个活动导叶，使进水环流与改造后的转轮更加匹配，提高了水流的环流特性，减小了水力损失，提高了效率。

2.2.2全面更新变配电设备

更新变压器为新型低能耗的S11系列变压器。在升压站设备采用组合电器或分体式电器设计方案上，根据电站的实际运行方式和现有的升压站场地，经过相关专业技术人员论证及技术经济比较分析，35 kV升压站电器设备选定为分体式电器设备。拆除原升压站现浇混凝土构架，更换成直径300等径杆结构；更新母线导线、真空断路器、隔离开关等电器设备。在保证设备各项功能不变的情况下节约资金175万元。

2.2.3确保实现无人值班(少人值守)

设计之初就本着无人值守(少人值班)的标准进行，将全站的公用系统及有关设备进行符合自动控制系统要求的改造，使上位机能够采集到相关设备的各种信息数据；并根据数据分析做出对应的指令反馈到各相应设备，使之采取有效动作。在保证励磁系统和调速器系统与保护控制系统良好对接的基础上，对蝴蝶阀、冷却水、压缩空气等系统进行相应的信息数据采集反馈改造，使它们能与上位机良好配合，从信息采集到最终执行操作，实现真正意义上的一键开机和关机。

2.3抓好招标文件的编制

为了选择技术先进、质量可靠且性价比高的机电设备，电站技术人员进行了大量的设备考察和比选，为招标文件的编制做了大量的基础性工作。

2.3.1技术条款方面

编制设备招标书的技术条款时有针对性的对设备技术先进性、质量可靠性和适用性提出适合电站实际运行环境的要求(针对环境防腐)；对设备之间的衔接性和配套性提出具体要求(各设备之间的接口标准一致)，对配套设备厂家之间互负的责任及配套对接设备的主导单位进行了明确(在招标文件中明确了由自动化设备的中标单位负责与各衔接设备的配套性问题，进行统一调度、统一安排，即各设备接口要一致，以满足将来各设备的连接协调及配合一致性，达到一键开、关机要求)。

2.3.2投标人方面

在保证投标人正常权力的同时，合理提高投标人的准入门槛或信誉好的投标人的分值，避免劣等厂家采取非正常手段竞标。

2.3.3具体要求方面

提出电站实际运行中的特殊状况和具体要求，对能满足此要求的适当加强分值，确保所选设备技术先进、质量可靠，适合电站实际情况。

3细化施工组织设计

3.1电站放水发电的特点

由于水库来水量的变化和下游邯郸工业用水方式的转变，电站由原来的防汛和灌溉季节性放水发电改为常年小流量放水发电的方式；即为保工业用水，电站需不间断持续放水，即使采取措施也不能断流超过6 h。

3.2施工组织细化优化

经审核安装单位提交的施工组织设计，发现远不能满足电站运行现状的要求，尤其在电气设备安装时(低压配电柜、高压开关柜、升压站设备及自动化设备等电气设备)电站厂房需大面积、长时间停电，这将造成电站停水断流，与确保邯郸市工业供水的宗旨相悖。为解决这一问题，我们与安装单位进行深度协商，利用电站技术人员对设备充分熟悉的优势，与安装单位一起优化了施工组织设计，由电站抽出技术人员协助安装单位进行电气和自动化设备的安装。

3.2.1制定切实可行的间隙放水发电运行方式

为保证施工期间不断流，依据原掌握的下游渠道调蓄能力，将目前不间断的4.5 m3/s的放水流量，改为开机6 h(放水流量9 m3/s)，停机6 h的间隙放水发电运行方式；并随着调水流量的变化，做相应调整，以确保施工同时不影响下游供水。

3.2.2优化实施方案(以低压配电柜拆除安装方案为例)

原方案是将6面低压配电柜全面停电后拆除、安装。我们进行分析后修改为：将Ⅰ段和Ⅱ段分开，分步、分段、渐进，新老设备交替运行的实施方案。即先将Ⅰ段和Ⅱ段母线断开连接，将Ⅰ段控制柜拆除挪离原位后，改由1号厂变直接接Ⅰ段控制柜供电，保证机组运行时有一路电源供电，同时运行人员加强值班；然后将其余5面配电柜拆除，将新6面柜安装到位后，将原电缆对应接好，再将Ⅰ段切换到Ⅱ段投入运行，将1号厂变接回新Ⅰ段控制柜，此时6面低压柜全面改造完成。6面低压柜的改造只用了2 d时间就改造到位，经各路开关试验均正常，无异常现象。同理，我们将高压开关柜、升压站电气设备和主控室自动化设备都一一进行了方案优化，确保了施工的同时不影响正常供水发电。

4改造的效果

4.1实现了提高效率、增加发电量的目标

在改造后试运行期间，我们做了测试，2台机组在相同水头和流量下，发电机出力均增加200～250 kW，效率增加20%以上。农业供水机组出力在库水位107 m时由原来的2 800 kW升到3 300 kW，达到了设计要求。

4.2真正实现了无人值班(少人值守)的目标

电站合理有效利用增效扩容改造资金，制定了除发电机之外全站所有设备彻底更新改造的方案，避免了新老设备接合中出现互不兼容，明确了各设备的衔接性和配套性问题，最大范围内实现了主机和辅机密切配合、协调一致，达到了一键开、停机及故障、事故时自动解列空转或停机的目的。

4.3实现了改造、供水、发电共羸

在大范围的设备拆除和安装调试过程中，由于精细的施工组织设计，不但使工程按期完成，还确保了正常的工业供水和电站发电，供水量1.99亿m3，发电量1 001万 kW·h，收入600多万元(含近区供电收入)。

5建议

增效扩容项目是一个设备技术更新改造项目，每个项目和改造内容有各自的特殊性，与新建项目不同，在编制项目预算时应考虑到每个项目的特殊性，而不能统一依据新建项目标准编制项目概算。增效扩容改造过程中应充分调动项目业主的积极性，发挥运用好项目业主的技术力量，能够达到事半功倍的效果。

目前增效扩容改造工程中，设备质量监督检测任务繁重，但水利行业内部相对检测调试队伍偏少，力量薄弱，我们应该加强自身行业内部机电设备质量监督检测队伍的培养，做好机电设备监督监测工作。

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责任编辑吴昊