浅议石门水电站综合自动化和附属设备技术改造工作

2021-03-27汉中市石门水库管理局陈麒羽

电力设备管理 2021年7期

汉中市石门水库管理局陈麒羽

石门水电站由河床电站、河东渠首电站、河西渠首电站组成。全站原装机6台，总装机容量为40500kW，年设计发电量1.21亿千瓦时。河床电站三台机组于1978年5月至1979年2月分别交付运行管理。电站运行初期在设计、制造、安装等方面存在缺陷和问题。为此1984年水利部投资300万元对河床三台机组进行了技术改造，基本完成了预定任务，消除了机组的主要缺陷，达到机组铭牌出力运行。

1 设备技术改造基本情况

电站原设计安装的综合自动化和附属设备一直未经更新换代改造、如保护和自动化控制设备，机组调速系统设备、蝶阀操作系统设备、空气压缩系统设备、机组励磁系统设备等均为我国60年代产品，各设备和基础设施已接近使用年限或超期服役。工作时成本高、效率低、运维人员劳动强度大。地下的电站厂房渗漏水严重，环境湿度大、特别是夏季闷热的天气，金属部件锈蚀加速，电气设备绝缘老化且噪音超标。此种现状损害了电站值班人员的健康，也影响了电站的安全运行。电站现状不容忽视，改变现状更不容忽视，电站于2002年开始逐步将危及电站正常发电的综合自动化及附属设备进行更新换代改造。

1.1 发电机励磁技术改造

发电机励磁技术改造原因。河床三台发电机励磁及河东两台发电机励磁都是自并式励磁，自1978年5月开始陆续投入运行，因设备陈旧、绝缘老化导致发电机组无法正常发电。主要原因：1、2号发电机从1991年开始励磁机转子绝缘降低，运行期间常发接地信号而被迫停机处理。每年因励磁机转子换向性能变差、火花大、碳刷易坏、更换频繁，时常需停机，故障多达十余次，运维人员工作量大，检修费用高。

改造方案和结果。2002年至2004年陆续对河床三台发电机励磁及河东两台励磁系统分别采用了华中科技大学电力自动技术研究所的WL-03型和WL-06型双微机励磁系统。通过几年运行解决了长期欠发无功问题，为电力系统提供良好了的阻尼，满足了电力系统运行的要求，给工作人员减轻了很大的工作量，同时也节约了维修材料费用。实现对发电机运行状态进行监视和记录以及励磁设备的自动化管理，功能完备、可靠性高，检修维护方便，操作简单直观。

1.2 河床电站保护技术改造

1.2.1 河床电站保护技术改造原因

河床电站首先对电气公用设备的保护进行改造。保护装置是迅速实现运行设备中发生故障可有选择地通过断路器将发生故障的部分切除，它是发电站和电力系统重要的组成部分，是保证安全稳定运行的技术手段。电站发电机组自1978年投入运行，原有的设备保护装置电气元件、机械零配件购置难，造成维修、校验和调试工作无法进行。常有保护误动作现象，发生故障时起不到应有的保护措施。

1.2.2 保护改造方案和结果

自2005年3月至2007年1月采用许继电气股份有限公司提供的微机保护，陆续改造成适应现阶段电力系统规范要求自动化程度高的保护设备。110千伏线路保护型号为WXH-811装置，具有三段式相间距离及接地距离保护及变压器低压侧相间短路的后备距离保护，具有TV断线投入的二段过流保护、不对称故障相继速动功能，四段式零序方向电流保护，具有事件报告记录，故障录波和打印功能。2005年3月29日投运至今运行良好；1、2号主变压器保护。该系列微机变压器保护主要由WBH-812、WBH813H、WBH-813L、WBH-814保护装置和ZSZ-811/C操作箱五部分组成。保护装置可循环记录200次事件记录和装置自检报告等；11、12号厂用变压器保护。604联络母线保护和河床厂用电的备用电源自动投入装置改造为微机综合保护测控柜，集中一个柜体内，节约了中控室占地面积，方便了操作维护和监视。

110千伏、1号2号主变、厂用变、604联络线和备自投保护设备投运后满足机组、系统实时性要求，具备安全性、可靠性、实用性等、它们的更新改造是不能用数据衡量其经济效益，只有设备安全良好运行才是确保电站安全发电创收的保障。

1.3 河床直流系统技术改造

改造原因：河床直流系统是由1978年建厂时安装的直流设备，因直流系统担负着供给发电系统正常运行和事故状态下的继电保护，信号系统、高压断路器分合闸的直流控制电源和操作电源，以及事故照明电源，是电站不可缺少的一部分。该套设备使用近30年，设备陈旧、故障频繁、难以修复。主要问题是：主充可控硅整流设备蓄电池定期充电时不能满足45安大电流；浮充可控硅整流设备长期供给蓄电池充电，电流稳定性差，一般要求在0.25～0.37安，时常出现自动上升，影响蓄电池寿命，直流操作母线和控制母线电压起不到稳定作用；防酸隔爆式铅蓄电池于1996年更换一次，容量下降，当进行断路器操作时合闸回路因电流容量降低、电压难以保持，造成合闸并网困难，若不即时改造将影响全站正常发电，甚至使全站发电处于瘫痪状态。

直流系统改造方案和结果：采用陕西金电电子科技有限公司生产的GZDW33-300/220-M型微机型直流电源柜。主要由充电柜、馈电柜和电池架三部分组成，结构紧凑而合理，实现各项保护功能，满足了电站正常和事故状态下的继电保护，实现定期对蓄电池进行自动均充控制，减少了维护工作量。直流系统于2007年3月改造后经过2年多的运行，达到了河床发电对直流系统的要求，并解决了直流系统控制电源操作电源电压不稳定的问题，并大大减轻维护和运行人员的工作量，保障了机组的正常发电。

1.4 1号至5号发电机调速器技术改造

改造原因：1号至5号发电机调速器属70年代产品，现已运行了30多年，均存在以下问题：水轮机调速器采用机械液压式结构复杂，动作时的离心飞摆、缓冲器、调差机构、调节参数、调试技术性强；手动调节灵敏度差，死区大，机组并网困难；调节速度慢，甩负荷动作时间长，导致接力器动作缓慢，转速上升40～60%；调速器操作柜内管道(铜管道)漏油严重，维护量大；不能满足电站实现无人值班（少人值守），计算机检测控制系统的要求。

改造方案和结果：河床1～3号发电机调速器于2005年5月陆续采用武汉四创自动控制技术有限公司制造的BW(S)T-PLC系列步进式无油电转可编程调速器，河东4至5号发电机调速器采用数字球阀微机调速器，它将电子技术和现代液压技术相结合，该设备结构简单、运行可靠、性能优良，操作维护方便。经过几年运行实践证明改造是成功的，有效的改善了运行工况，调节品质有了很大的提高。解决了开机并网难、调节机组负荷速度缓慢、准确性差的问题，大大提高了发电机组效率，且检修、维护的工作量得到了减轻。

1.5 1～3号发电机油压装置改造

改造原因：由于水轮机调速器由原设计型号ST-100机械液压式改造成BWST-PLC-100型步进式无油电转可编程微机双重调节调速器，现有的油压装置从操作系统、自动供油压和油罐补气装置上安全性、可靠性差，设备陈旧、落后，油泵的安全阀调整值调正准确性差、造成动作频繁。电机功率大（13千瓦），工作起动过于频繁、电能耗损大，造成了不必要的浪费。

改造方案和结果：油压装置部分是在原油箱、压油罐不变的基础上改造了油泵电机，组合阀、压油罐上装设磁钢液位计、空气逆止阀、空气安全阀等装置。回油箱上装设磁钢液位计自动化元件。控制部分改为武汉四创公司设计的PLC油泵控制柜并带有通讯功能，该装置通过两年多运行、观察，工作效率高，流量均匀、工作平稳、体积小，PLC的应用自动化程度得到了进一步的提高，对运维人员的工作量有了明显减少。该装置的改进提高了工作效率，缩短了油泵电机的运行时间和开停次数，节约了用电，解决了安全阀调正难、工作不稳定、安全性差的问题。

1.6 河床蝶阀油压装置、漏油泵控制和三台机组漏油箱油泵控制系统改造

改造原因：河床蝶阀油压装置与机组油压装置存在着同样的问题，借鉴于机组油压装置改造的成功，2009年改造了蝶阀油压装置，并对蝶阀漏油箱油泵控制系统、三台机组漏油箱油泵控制系统进行改造。几台漏油泵控制系统是在建厂时的产品，地下渗漏水严重、空气湿度大、金属部件锈蚀、电气设备绝缘老化，油泵自动使油溢出油箱，污染环境并造成一定的经济损失。

改造方案和结果：改造后的控制系统采用PLC油泵集中控制系统，密闭式结构，内部形成一整套完整的电气、压力控制系统，功能完善并安装在发电机层，改善了设备环境，操作方便，易于监视。

1.7 河床空压机系统技术改造

改造原因：由于空压机常年运行，机械磨损严重、漏气量大，导致气压不足、启动频繁、运转时间长，既消耗电能又增大了运行人员工作量。两台低压气机由于阀片等零部件损坏，此类产品不再生产，采购不到同型配件，于2007年12月被迫停止工作。

改造方案和结果：河床空压机改造采用南京英格索兰压缩机有限公司生产的型号HP15-30P、电机功率11千瓦的空压机，将原有的两台低压机电机、两台高压气机全部拆除，改造为HP15-30P型的两台，互为备用。经过运行效率有很大的提高，打气时间由原来1小时多缩短为10分钟，改造后操作部分采用PLC自动控制系统，并在管道处增加安全阀，有效地杜绝事故的发生，设备运行安全得到了保障。免去每班需专人操作打气、排污等工作，减轻了运行人员的工作量，同时也降低了能耗。