赵山渡电厂电气设备的技术改造

2016-09-08曹倬人浙江珊溪经济发展有限责任公司浙江温州325211

小水电 2016年4期

张浩，曹倬人（浙江珊溪经济发展有限责任公司，浙江温州 325211）

赵山渡电厂电气设备的技术改造

张浩，曹倬人
（浙江珊溪经济发展有限责任公司，浙江温州 325211）

赵山渡水力发电厂投运已近16 a，近年来计算机监控系统、励磁系统、调速系统、继电保护等电气设备老化，故障频出，严重影响电厂的生产安全及发电效益。为了减少维护量，提高自动化水平，保证各系统相关设备的可靠性、安全性，对电气设备进行了升级改造，取得不错的效果。图1幅。

水电厂；电气设备；计算机系统；励磁系统；技术改造

1　概述

赵山渡水力发电厂位于浙江省瑞安市高楼镇，是珊溪水利枢纽重要组成部分之一，总装机容量2 ×10 MW，是灯泡贯流式机组。经主变升压至35 kV，通过出线采用赵焦3 525线和赵高3 820线两回35 kV出线，分别送到焦坑变和高楼变。电厂于2000年 11月并网发电，设计年发电量5 140万kW·h，采用计算机为主、常规为辅的运行监控方式。

2　存在问题

（1）计算机系统于2000年投运，已运行16 a，由于研制开发时间较早，计算机监控系统功能结构单一，硬件设备老化严重，网络设备已是淘汰产品，在近几年的运行中故障频发，无法适应现代水电厂运行生产工作的需要。

（2）电厂继电保护装置采用阿城继电器厂生产的常规电磁式继电器，经过十多年的运行，继电器元器件老化损坏严重，各项技术指标逐年下降，拒动和误动现象时有发生；而且大部分继电器已更新换代，厂家基本上都不再生产，很难购买到替代品，严重影响了水电厂的安全、优质、高效运行。

（3）调速器反馈元件由于采用接触式电位器，贯流式机组整机安装在水中，机组振动很大，在振动的环境中极易移位，甚至造成电位器损坏。调速器主配抽动频繁，控制单元无备用冗余，一旦发生故障就得停机检修。

（4）励磁系统经常出现起励不成功，上下桥电流不平衡，电制动经常不能自动投入等现象。

（5）35 kV开关柜断路器手车笨重，手车式工作位置定位销和锁定钩锁定困难。所有屏柜都没有5防闭锁装置，存在重大的安全隐患。无防潮除湿功能，当空气潮湿时，因电缆头和母排连接处三相电缆间隔过小，导致放电严重。

（6）赵山渡电厂因采用了常规控制系统，自动化元件不够智能化，压力、流量、液位监测大部分采用开关量信号，没有模拟量信号，无法对状态信息实施在线监测。

（7）部分公用辅机系统采用逻辑控制器，无法与计算机进行通讯，因此无法实现远方有效的监控功能。

3　电气设备的改造

3.1计算机系统的改造

赵山渡电厂2台机组的控制采用计算机为主、常规为辅的运行监控方式，控制回路盘根错节，不仅结构复杂，而且经常出现误报警和误动作，机组运行存在很大的安全隐患。有必要对其改造升级（见图1）。

图1　计算机网络结构优化示意

3.1.1机组LCU的改造

本单元监控范围包括水轮机、发电机、励磁、调速器、机组辅助设备和断路器等，主要完成机组运行状态的转换，有功、无功的调整和运行参数的检测，实现现地对发电机组的运行监控。

（1）数据采集和处理。采集水轮机、发电机、机组辅机、励磁、调速器等整个单元机组系统各开关量、模拟量、温度量、交采量、电气量和非电气量，并做工程值变换和预处理。实时上送电厂级监控系统。

（2）机组现地控制单元能独立自动完成机组工况变换和有功、无功的调节。除正常停机外，增设紧急停机、事故停机、重锤关机。每台机组独立配置自动准同期和手动同期装置，机组出口断路器控制包括同期合、无压合和分闸。实现对机组调速器、励磁、机组辅机的监视控制功能，保证发电机组的正常运行

（3）机组LCU增加1面触摸屏，可以监视所有实时量，查询报警记录等，且能完成对机组的基本控制。

（4）机组LCU采用交直流双供电，任何一路故障都能及时报警，但不影响LCU的正常运行。

不仅如此，对机组辅机部分及其他控制部分的电源都采用独立的供电方式，便于故障查找，而且大大提高了设备的供电可靠性。

3.1.2公用LCU的改造

本单元监控范围包括主变、35 kV两条线路、厂用电、直流系统及全厂共用辅机等。

（1）公用辅机全部采用独立的PLC控制，通过通讯与公用LCU联络，实现远方监视控制功能。正常情况独立运行，特殊情况也可实现远方控制。

（2）增加对主变压器、厂用电、直流系统的运行监视功能。

（3）增加保护装置的通讯功能，包括主变压器保护，线路保护，厂用电保护等。公用LCU实现对保护装置的在线监测，报警监视等。

（4）完善电厂电测计量系统数据采集和集中报表处理。

3.1.3中控室电厂级监控设备的改造

（1）操作系统改用UNIX操作系统，具有技术成熟、可靠性高、网络和数据库功能强、伸缩性突出和开放性好等特色。监控软件采用全中文的专业水电站组态软件，完善了监控系统的软件功能。

（2）电厂监控系统与电厂控制层计算机之间、电厂控制层和现地控制单元（LCU）之间由以太网通讯。

（3）电厂运行和维护管理。电厂负责协调和管理各现地控制单元的工作，收集有关信息并作相应处理和储存。积累电厂运行数据，提高运行、维护水平。

（4）优化了机组控制流程，使程序流程更合理，控制更加安全可靠。

3.2调速器的改造

调速器是控制水轮发电机组转速、调节发电机有功的核心装置，对发电机的运行起着至关重要的作用；结合运行多年的实际，对调速器进行了升级改造。

（1）调速器微机控制系统由原来的单一可编程控制器改成2套Modicom M258可编程控制器，实现工作系统与备用系统无干扰切换，大大提高了调速器运行的可靠性和安全性。

（2）调速器的反馈装置直接反应导叶、轮叶的实际开度，反馈信息直接影响到调速器的调节性能，反馈信息一旦出现错误，调速器就有可能出现频繁抽动，严重情况有可能导致机组失控。本次改造采用了磁致伸缩性直线位移传感器，成功解决了接触式传感器在振动环境中容易损坏的问题。

（3）加装齿盘测速装置，采用齿盘测速与残压测频相结合，弥补了残压测频信息失真，接收错误信号导致调速器不稳定运行等一系列问题。

（4）机械方面主要更换了调速器主配装置，并对控制油路做了实用性改进，解决了主配漏油、频繁抽动等关键性问题。

3.3励磁系统的改造

励磁系统通过多年的运行，电子模块大多到了使用年限，经常出现起励不成功，电制动失败等问题。改造过程中，设备选型及改造方案都经过慎密研讨。

（1）励磁系统的核心是励磁调节器，本次改造采用了美国ATMEL 32位微机核心芯片，完全独立的微机/微机双通道双模冗余结构（AVR+FCR），通道间互为备用，备用通道自动跟踪运行通道，故障后自动实现无扰切换，从根本上保证了调节器运行的可靠性。调节器采用多CPU模式，电气量数据采集计算速度快，抗干扰能力强，保证程序运行可靠。调节器具有优良的人机界面，具有在线帮助系统、故障记录、故障追忆、智能测试等功能，实现智能化追踪和处理。

（2）电制动采用柔性电制动，励磁与电制动电源互相切换，实现励磁与电制动合用1套整流装置。简化电制动控制回路，明显减少了设备故障率。

3.4保护装置的改造

原保护装置集成度不高，分立元件较多，可靠性、灵敏度都不是很高。本次改造采用32位微处理器和双DSP的硬件结构，硬件和软件均模块化设计，配置灵活，易于扩展和维护；整个装置为全封闭机箱，强弱电严格分开，同时软件上也采用相应抗干扰措施，大大提高设备的抗干扰能力。人机界面采用汉化界面，设置、查询、操作都很方便；通讯功能灵活，配有2个独立以太网接口和2个独立的RS—485接口。通过这次改造，电气保护性能大大提高，对电气设备正常运行起到强有力的保证。

3.535kV开关柜的改造

针对赵山渡电厂35 kV开关柜存在的问题，本着安全、可靠、人性化的原则，进行了合理的改造。

（1）这次改造主要改变了断路器的行走机构，由原来的推入式改成螺杆旋入式，不仅减少了操作人员的劳动强度，而且操作更简单，可靠性、安全性也大大提高。

（2）对于高压电气开关，五防设施必须环环相扣，防止操作人员误入带电间隔，防止操作失误；这次改造特别强调了五防方面的要求，设计更合理，设施更齐全，保证倒闸操作万无一失。

（3）南方地区梅雨季节空气潮湿，空气绝缘强度减弱，导致部分电气设备放电，严重影响到设备的安全运行；根据这一现象，开关柜中增设了适度传感器和加热器，实现柜内自动除湿功能。

（4）原来的刀闸隔离开关改成抽屉式隔离手车，操作简单，检修维护方便。