淺析萬家塬水電站存在問題及處理措施

王選鴻

（陜西省石頭河水庫管理局 陜西 楊凌 712100）

1 水電站概況

萬家塬水電站是利用石頭河西安供水渠道上萬家塬陡坡落差修建的渠道引水式電站。裝設臥式水輪發電機組三臺，額定容量3×320kW，設計水頭22.2m，設計流量3×1.8m3/s,年利用小時5040h，設計年發電量492萬kW·h。水輪機型號為HLA244－WJ－60，發電機型號 SFW320－10/1180。電站上網經過升壓后就近并入眉縣電力局管轄的10kV農網線路。

由于農網線路長，負荷分散且季節性強，故障點相對較多，加之電站自動化程度較低，多年來造成機組高頻率甩負荷停機，這對于電站發電機組的安全、高效運行十分不利。主要表現為：①電站并網的10KV農網線路老化，跨越林區，因天氣變化或人為因素，線路故障和無計劃停電頻繁。②農網所處的地域為辣椒、林果等經濟作物主產區，每年5月～8月，辣椒、林果等這些經濟作物正處于掛果成熟期，需水量大，使農網農灌負荷激增，超過日均負荷的四倍多，使系統電壓由正常時的400V降到360V或更低。③萬家塬水電站處于系統的末端，日電壓變化比較大，最低只有360V，最高可達430V。

2 存在問題

（1）電站機組勵磁系統原為TKL-11型可控硅靜止勵磁裝置，該裝置由南寧發電設備總廠提供，是與其水輪發電機組配套的一種自并勵可控硅勵磁裝置，由控制電路（包括調節整定、檢測放大、移相觸發回路）、三相半控橋式整流電路等組成。其勵磁電源由發電機出口側的勵磁變壓器供給。這種勵磁套裝置調節器簡單，缺少電流限制回路等必要的控制電路；三相半控橋直、交流側也缺少必要的過電壓保護裝置。在運行中機組出現甩負荷時，不能強行減磁，減小勵磁電流，來限制過電壓；當三相半控橋的直流側或交流側過電壓時，不能有效地保護可控硅元件，易造成可控硅、二極管被擊穿，對機組造成損傷。

（2）電站調速器為TT-300型，由于手動運行機組甩負荷時只能靠人為手動關閉水輪機導葉，極易造成機組飛逸過速，使機組產生過電壓，危及機組安全運行。

（3）電站廠用電系統由一臺50kVA變壓器T接于10kV并網線路供電。機組控制保護操作電源均取自廠用電系統的交流220V電源，當農網線路故障失電后廠用電也隨之消失，機組保護裝置不能可靠動作，主副廠房照明也會失去，直接影響電站機組安全運行。

3 改造方案

（1）去掉原勵磁裝置的控制電路，采用西安理工大學生產的JYT－K型勵磁調節器，與原有的三相半控橋電路、勵磁變壓器、電壓互感器、電流互感器，組成新的勵磁裝置。由于JYT－K型勵磁調節器采用調差電路、調節整定電路、檢測放大電路、電流限制電路、移相觸發電路，替代了原來的控制電路，并裝設機端電壓調整、勵磁電流調整、勵磁開關、跟蹤電網開關及斷路器常閉接點，可同時跟蹤發電機出口的電壓和電流、系統的電壓、勵磁變壓器副邊側的電壓和電流的變化情況，迅速做出反應，安全、有效地保護發電設備。同時增加過電壓吸收裝置。①除了原有的整流橋硅元件上并聯的RC電路外，在三相半控橋的交流側安裝了三相三角形接法的阻容吸收裝置，用于吸收勵磁變壓器投切時發生的過電壓。②在三相半控橋的直流側裝設阻容吸收裝置，限制回路電感產生的操作過電壓。③考慮到發電機進相運行發生失步或外部短路時，發電機轉子側產生對可控硅元件威脅較大的感應過電壓，并且能量較大，只靠直流側的阻容吸收是不夠的，可在直流側并聯一只大阻容變阻器加以限制。④在主回路直流側并聯R-C吸收過電壓保護電路，以吸收非同期并網、失步和系統故障產生的過電壓。另外，由于進行電路改造后，取消了原來的機組殘壓起勵，為保證對機組進行初始勵磁，在可控硅直流側并聯了3V電池方向起勵回路，以達到正常起勵，為發電機的建壓、并網做好準備。

（2）調速器改造主要采用西安理工大學生產的電液轉換輔助控制裝置，使發電機開關跳閘聯動啟動調速器油泵電機，在調速器作用下自動快速關閉水輪機導葉至空載位置，但以上設備正常動作的前提條件是發電機開關必須跳閘，根據電站設備實際情況，當由于線路失電或故障、事故，有時發電機開關不跳開，此情況下機組甩負荷，仍需要運行人員及時手動關機，有可能使機組產生飛車，為了防止飛車，給三臺機組各加裝過速保護裝置一套，當機組轉速上升到機組額定轉速的130%時跳開發電機開關，關閉導葉。過速保護裝置是每臺機組安裝一只ZKZ-2型轉速監控裝置及相應的保護接線。ZKZ-2型轉速繼電器面板上有 ＜35%ne、＜25%ne、＞105%ne指 示燈。當機組轉速小于35%ne，大于95%ne，大于105%ne，各指示燈分別點亮，繼電器裝于機旁，這樣可大大方便開停機操作及運行。

（3）為保證線路停電機組甩負荷事故狀態時機組保護控制電源，增加保護回路電源在廠用電消失后自動切換到3#F機組出口母線裝置，機組保護操作電源正常情況下由廠用電系統供給，線路停電或電站10kV開關跳閘廠用電系統失壓時由3#F供給。為了保證事故情況下主、副廠房照明，主廠房、中控室、開關室增加事故照明，事故時廠用電失電后，事故照明電源由3#F供給，且事故燈自動點亮，正常情況下事故燈不亮，主副廠房照明電源由廠用電系統供給。

4 改造后效果

以上方案的實施，不僅有先進技術的支持，又有細致的技術分析，經過實踐的檢驗，符合電站安全運行要求，也提高了電站自動化水平，降低了運行壓力，達到了預防事故，提高效益的目的。

（1）改造后的勵磁裝置靜態調節精度提高，調節速度快，調節過程穩定，工作可靠，提高了水輪發電機組的穩定性，降低設備運行期的維修費用。

（2）改造后的調速器能有效地防止機組甩負荷飛車，提高了水輪發電機組的可靠性和自動化水平。

（3）改造后的廠用電自動轉換供電系統保證了機組在系統失電后仍能夠安全可靠運行，極大地提高了電站設備的安全運行保障水平。陜西水利