馬跡塘電廠設備中長期技術改造探討

雷曉斌 侯光仁 顏慶豐

（五凌電力有限公司馬跡塘水電廠 益陽市 413405）

1 電廠基本情況簡介

馬跡塘水電站位于桃江縣馬跡塘鎮資水干流上，上游距柘溪電站86 km，下游距桃江縣城43 km，207國道從大壩壩頂通過。樞紐由溢流壩 （橋壩結合）、船閘、廠房、開關站與副壩等建筑物組成。壩軸線總長1 312 m，最大壩高26.8 m，于1976年動工興建，1983年6、7、8月3臺機相繼投產發電，是我國第一座低水頭貫流式機組水電廠。3臺貫流式水輪發電機組均從奧地利引進，單機容量為18.5 MW，總裝機容量為55.5 MW，設計年發電量2.76億kW·h，多年實際平均發電量為2.3億kW·h左右。

馬跡塘水電廠現有2臺主變壓器：1臺SFL6-20000/121和1#發電機單元接線；1臺SFS-40000/121和2#、3#發電機擴大單元接線。近區10 kV廠用電采用SFL-1000/35降壓，分別對廠用備用變壓器、溢流壩、船閘和生活區供電。

馬跡塘水電廠開關站采用戶外式，110 kV主接線初建時采用內橋接線并帶旁路，有馬桃線和馬茶線兩條出線；當一條線路故障時，可通過另一條線路接入系統，便于線路開關檢修和線路熔冰。2001年7月，電廠對旁路進行了改造，加裝了1臺六氟化硫斷路器（型號：LW6A-126/3150、平開生產），使得 110 kV開關站在正常運行方式下采用內橋接線，當其中1臺斷路器退出運行時，則變為外橋接線方式下運行。

35 kV出線四回，分別送近區、馬跡塘、鸕鶿渡、武潭至三堂街。

目前，電廠正結合2#機組A修，對2#機組軸承、導葉接力器等進行技術改造改造。

2 主要設備改造的必要性

馬跡塘水電廠自1997年以來，經逐年大修、技改，相繼完成了對3臺水輪機轉輪、機組調速器系統、軸承油系統油冷卻器、接力器碳刷等70多項（國產化）改造，在一定程度上提高了設備的健康水平，確保了設備的安全運行。但限于20世紀70年代末的設計、設備集成和設備制造技術水平的限制，主要機電設備在很多方面還存在不少薄弱環節，各系統的分立設備多，自動化、集成化程度低，運行維護量大，整個設備裝備水平還不能完全適應當前五凌公司的發展和業已形成的電力市場的要求。

電廠各類主輔設備均已投運近30年，近年來相繼發現各種設備的老化與磨損日益加重，備品配件的需求日益增多，老化趨勢加快，許多配件廠家已不再生產，而且定制配件的采購周期很長、費用高，難保證設備維護的需求，嚴重威脅主設備的安全運行。

同時，為了進一步提升電廠管理水平，打造公司核實競爭力，公司從2009年開始推行“遠程集控、無人值班、少人值守”的電廠生產管理模式，并爭取在3～5年內使公司所屬水電廠均具備 “遠程集控”條件，而我廠目前的設備技術水平，要實現 “遠程集控”的目標，必須通過全面的技術改造才能達到要求。

3 主要設備技術改造的基本思路

以提高設備健康和自動化水平，確保電廠安全穩定運行為目的，以滿足公司“遠程集控”為基本要求，堅持“應改必改、改必改好”和“增收節支”的原則，充分分析設備現狀，按照“統一規劃、分步實施”的思路，爭取用3～5年的時間，對影響電廠安全穩定運行和“遠程集控”實施的監控系統、110 kV開關站、主變壓器、機組軸承、廠用配電系統等設備進行技術改造，打造資水明珠。

4 全廠監控系統改造

4.1 設備現狀

現有計算機監控系統，運行時間較早、運行時間長，且技術方案相對較落后，功能簡單，服務器系統配置低，運行不穩定；公用設備的各種控制量和狀態量均未接入監控系統中，不能滿足“遠程集控”和運行分析的要求。

（1）目前的監控系統主要實現對機組部分及開關站部分的監控，廠用配電系統及公用設備仍采用常規監視與操作，不能滿足安全生產和遠程集控的要求。

（2）系統不穩定，事件處理能力差，在發生系統事故，開關量測點變位很多時，存在采集不到數據并造成網絡通訊中斷的現象，需重啟系統才能恢復故障。

（3）系統在事故情況下，上位機語音報警量很大時，存在無法報信的問題。

（4）上位機事故追憶功能不完善，不利于事故處理與分析。

（5）系統存在軟故障，有時指令發出后，PLC無任何反應，需重啟PLC或將LCU電源重新上電才能恢復。開關站LCU流程啟動后，流程正確，PLC輸出指示也正確，但擴展繼電器不動作。斷電一段時間再復電才能恢復。

4.2 改造思路

4.2.1 系統結構及硬件

（1）計算機監控系統網絡改造為100 M雙以太網。

（2）在安全I區增設1個標準網絡機械、2臺24口的1 000 M網絡交換機及1臺防火墻，仍安裝于現監控機房；負責安全I區的機組及開關站公用監控系統、弧門監控的網絡通訊及向安全II區傳送數據。在安全II區增設一個網絡機柜及48口網絡配線架，布置于現水調自動化機房，用于安裝II區交換機及縱向隔離裝置（這兩個設備不需更換）。

（3）計算機監控系統上位機軟件及硬件全部更換，操作系統為WINDOWS平臺，監視控制畫面應為簡體中文，增加自動報表系統工作站，監控數據通過隔離裝置送生產管理系統，監控軟件方面增加狀態檢修診斷系統功能及機組遠程信號復歸功能。

（4）機組及公用LCU PLC整套更換，包括I/O模塊、電源模塊、溫度巡檢模塊、同期裝置(包括現場監控系統有關的二次回路及端子核對工作)，LCU設備安裝配置及調試（投標方可根據實際情況拆除原LCU屏柜，重新配置機組LCU控制單元屏柜。因考慮到二次線較多同時電廠機組單元已無增加屏柜的空間，招標方建議不進行屏柜更換）。

（5）LCU控制邏輯及程序重新設計開發。

（6）LCU現地觸摸屏更換，人機界面重新設計開發，支持中文系統，操作顯示畫面為中文，具有現地手動有程序分步開、停機功能及對各現場設備的無程序啟、停功能。

（7）監控系統與五凌集控、益陽地調通訊協議及接口開發，實現遠程集控，通訊規約采用104協議，地調遠動系統進行升級改造，采用101規約。原監控系統與益陽地調、與五凌公司水調系統接口、與本廠MIS系統接口，在監控系統改造過程中的新舊系統過渡處理。

（8）更換GPS設備，接入監控系統，并對整個系統對時，具備網絡對時功能。

（9）LCU模塊供電電源改造為交直流雙路電源。

（10）監控系統與五凌集控、益陽地調通訊協議及接口開發，實現遠程集控，通訊規約采用104協議，地調遠動系統暫為SC1801接口，必須預留與地調升級改造后104、101規約。原監控系統與五凌公司水調系統接口、原監控系統與廠級MIS系統接口，因監控系統改造而導致的接口重新開發配置。

（11）與弧門監控系統進行無縫接口，具有對弧門監控的監視和操作功能，且五凌集控具有對弧門的監控功能。

4.2.2 現場設備改造

（1）原模擬屏設備及相關回路整體拆除，改為大屏幕工業電視墻。

（2）軸承油箱、高位油箱、漏油箱、調速器回油箱增加磁翻板液位計輸出模擬量給監控系統。

（3）3臺機組調速器增加殘壓測頻模塊及相關程序，增加功率給定相關模塊及程序修改。

（4）現場各端子箱（包括調速器柜端子箱、燈泡頭端子箱、燈泡體端子箱、軸承油箱端子箱、高位油箱端子箱）整體更換及各回路重新接入。

（5）公用系統（包括直流、廠用電系統、柴油機、水系統、氣系統）的現場接入，其中廠區排水、滲漏排水、廠房生活供水已有PLC控制，可以通訊的方式與其接口，其接口程序開發需與第三方廠家合作。

（6）原遠動系統屏增設電能計量柜，接入機組、廠用、勵磁、近區的電量，并增設報表系統計算機，與電能量采集系統、水情測報開發接口程序；并向IMS系統提供數據；

4.2.3 機房及設施改造

（1）中控室操作臺整體更換。

（2）監控機房防靜電地板整體更換，面積為3.5 m×5 m，更換兩套工作臺，可用于安裝工作臺的有效面積為3.61 m×1 m和2 m×0.7 m。

5 110 kV開關站系統改造

5.1 設備現狀

馬跡塘電廠110 kV開關站屬于戶外敞開式，且臨近207國道，運行環境惡劣。開關設備已投運28年，屬于淘汰產品，可靠性和自動化程度低，無法滿足安全生產和遠程集控要求。

5.2 改造思路

（1）在現開關站空地上新建一座室內開關站。

（2）重新采購一套室內GIS設備。主接線按照單母線分段的形式，兩進兩出、一個母線斷路器、兩組母線PT，共7個間隔。

（3）在新GIS開關站建設期間，為保證施工安全及電廠正常的生產，將影響施工的原架空線用110 kV高壓電纜進行替換。

（4）在新GIS設備調試完成后，依次短時停電分部與主變、線路進行連接。

（5）同步對110 kV線路保護、母線保護及安全自動裝置進行改造。

6 主變壓器改造

6.1 設備現狀

馬跡塘電廠兩臺主變均已投運28年，原變壓器為老式高耗能淘汰產品，已基本達到設計使用壽命，主變本體絕緣及各密封件已嚴重老化，廠家已停止備品備件供應，嚴重影響電廠的安全穩定運行。

6.2 改造思路

訂購兩臺新的風冷變壓器（主要技術參數電壓比、阻抗電壓與原變壓器相同），其中將2#主變有原三卷變替換成兩卷變，取消35 kV線圈。考慮到主變低壓側與共箱母線的連接方便，主變安裝位置不變，只將原來的變壓器室進行整改，加裝防火卷簾門，改善主變運行環境。同步對主變繼電保護裝置進行改造。

7 35 kV系統改造

7.1 設備現狀

現馬跡塘35 kV系統共4路出線，其中外送電網3條線路，目前只有1條線路在使用，既作為當地馬跡塘變電站的電源線路，也是電廠的備用電源，另一條作為電廠生活、辦公及船閘用電。35 kV系統使用的斷路器均為少油式斷路器，系統設備均已運行28年，設備自動化程度低、老化較為嚴重，檢修維護成本高，安全風險較大。

7.2 改造思路

除保留電廠至馬跡塘變電站的35 kV線路作為電廠的備用電源外，其他35 kV設備全部拆除，將原35 kV斷路器更換成SF6開關。將原電磁繼電器式繼電保護裝置全部更換為微機保護。

8 10 kV及400 V廠用電系統改造

8.1 設備現狀

馬跡塘電廠現10 kV廠用電系統斷路器采用的是少油式，400 V廠用電系統負荷開關采用的是隔離開關加熔斷器的組合形式，均不能實現遠方操作，只能現地進行操作，且配電系統的狀態量均無法接入監控系統，不能滿足安全生產和遠程集控的要求。

8.2 改造思路

（1）35 kV系統改造后，為降低35 kV的下網電量，降低電廠運行費用，提高供電可靠性，從2#主變低壓側10 kV母線加裝1臺10 kV斷路器，引接一路10 kV電源經1臺1 000 kVA隔離變與廠用10 kV母線相連，作為生活辦公區及船閘的主用電源。

（2）將原10 kV開關全部更換成真空斷路器。

（3）對400 V廠用配電裝置全部更換成抽屜式開關柜。

（4）將10 kV系統原電磁繼電器式繼電保護裝置全部更換為微機保護。

9 機組軸承系統改造

9.1 設備現狀

馬跡塘機組已運行28年，軸承系統在近幾年的無損探傷中，均發現存在局部脫胎、瓦面巴氏合金脫落的現象，現已結合機組檢修對1#～3#機組水導軸承、2#機組發導、水導及推力軸承進行了全面的更換處理，目前運行情況良好，但1#、3#機組的發導和推力軸承還沒有更換，嚴重威脅到機組的安全運行。

9.2 改造思路

（1）按照2#機組軸承改造的技術方案，結合機組檢修，對1#、3#機組的發導、推力軸承進行更換。

（2）軸承改造結合機組大修進行。

（3）選擇替換下來的一套機組發導、水導、推力軸承，找國內廠家進行修復，用作事故備品。

10 機組振擺監測系統改造

10.1 設備現狀

馬跡塘電廠機組由于在設計時沒有統籌規劃機組的振擺監測問題，因此沒有安裝專門的機組振擺監測系統，只有簡單的幾個振擺測量探頭，且測值不準，無振擺趨勢分析系統，無法對機組運行時的振擺情況進行實時監測和分析，不利于機組的安全穩定運行，因此，需加裝機組振擺在線監測系統。

10.2 改造思路

借鑒公司凌津灘電廠的成功經驗，合理設計、布置機組振擺測量探頭。重新安裝一套機組振擺監測系統。該系統應具有實時監測和專家診斷功能，能夠對機組運行時的振擺情況進行實時監測，并根據監測結果進行趨勢分析，具有在線和離線診斷功能。

11 機組定轉子絕緣處理

11.1 設備現狀

馬跡塘電廠機組已運行將近30年，且在2000年發生的水淹機組事件時，使發電機定轉子繞組浸泡于油、水混合物中，絕緣性能不同程度的受到了損害，定子繞組整體絕緣性能下降有加快的趨勢。

11.2 改造思路

（1）轉子：近期結合機組大修，逐步對機組滑環絕緣和轉子引線絕緣進行恢復處理。同時，在國內尋找廠家訂購一套新磁極，在機組A修時對磁極進行全部替換處理，替換下來的磁極找國內廠家進行絕緣處理，作為替換下一臺機組的新磁極，以此類推，對3臺機組的磁極全部進行更換。

（2）定子：近期尋找合適的廠家對定子端部繞組半導體漆脫落問題進行處理。遠期可考慮在國內尋找廠家訂購一套新線棒，結合機組A修進行更換，替換下來的線棒找國內廠家進行絕緣處理，作為替換下一臺機組的新線棒，以此類推，對3臺機組的定子線棒全部進行更換。

12 結 語

安全生產是電廠的永恒主題，而設備的本質化安全是確保電廠長期安全穩定運行的基礎。目前，馬跡塘電廠的設備問題已列入公司十大技術難題之一，主要設備存在的問題已嚴重影響電廠的安全和效益。因此，如何通過不斷的技術改造，提高設備的健康水平和自動化程度，是馬跡塘電廠今后安全生產工作的一項長期而艱巨任務。