依蘭晨光發電廠增效擴容改造工程綜述

魏書海

(依蘭縣晨光發電廠，黑龍江 依蘭 1548000)

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依蘭晨光發電廠增效擴容改造工程綜述

魏書海

(依蘭縣晨光發電廠，黑龍江 依蘭 1548000)

晨光發電廠作為黑龍江省首批增效擴容改造項目中裝機規模最大的電站之一，從設計、招投標到施工組織的建設管理全過程都做到了精心組織、科學論證、合理實施，改造后電站各項指標優越，效益增加明顯，運行管理水平極大提高，成功經驗值得同類項目借鑒。

增效擴容改造；機電設備；施工組織；工程亮點

0 前 言

為提高水能資源利用效率，保障農村用電需要，消除安全隱患，促進農村水電持續有序發展，水利部和財政部于2011年開始聯合開展了農村水電增效擴容改造工作。項目依據《農村水電增效擴容改造項目初步設計指導意見》、《農村水電增效擴容改造財政補助資金管理暫行辦法》、《農村水電增效擴容改造項目建設管理指導意見》等文件的要求，以提高綜合能效和安全性能、促進水資源綜合利用為目標，以技術先進、安全適用、經濟合理、保證質量、節能環保為原則，全面發揮工程效益，促進水能資源合理利用。依蘭晨光發電廠即是黑龍江省首批參與增效擴容改造建設并取得明顯成效的電站之一。

1 電站概況

依蘭晨光發電廠位于牡丹江下游，依蘭縣依蘭鎮晨光村境內，距依蘭縣城9km。電廠為一低水頭渠道引水式徑流電站，電站設計水頭6.2m，裝機5臺，總裝機容量12.5MW，單機流量53.3m3/s，年平均發電量為5500×104kWh。電站于1983年建成并投入運行。

電站樞紐由自由溢流壩、沖砂閘、副壩等攔河工程和進水閘、引水渠、前池、發電廠房及尾水渠等引水發電建筑物組成，工程主要建筑物為4級。 自由溢流壩長581m，為過水過冰混凝土護面土石壩，最大壩高6.9m。副壩為均質土壩，長1010m，左岸接進水閘和山體，右岸接牡丹江大堤。12孔沖砂閘設在攔河壩的左岸，孔口尺寸為5m×3m。

引水發電系統的進水閘為8孔，孔口為5m×3m。引水渠全長2696m，渠道底寬44.0m，邊坡為1∶2，原設計渠道正常水深3.5m，底邊和邊坡均為混凝土板襯砌，尾水渠道的斷面型式與進水渠相同，尾渠長613m。主廠房面積992m2，副廠房面積394m2。進水口工作橋面高程101.24m。

晨光發電廠為20世紀80年代建成投產的老電站，發電運行已有30多年，機組設備陳舊，效率低下，且時有故障發生，隱患較多，直接影響了安全生產和發電效率。因此，為了保證電站安全運行，進一步提高發電效率，對電站進行增效擴容改造十分必要。

2 改造總體原則

改造遵循以下4點原則：

1)保證電站增效擴容改造后，單機流量不變，機電設備效率大幅提高。

2)在確保電站正常運行和安全可靠的前提下，改造和發電生產兩不誤。

3)依據國家相關政策，工程重點對機電設備進行更新改造。

4)通過合理安排，施工工期基本安排在枯水期，盡量不影響生產。

3 設備現狀分析

1)設備陳舊。均為上世紀80年代產品，設備零配件無處購置，無法維修更換。

2)水輪機葉片汽蝕現象嚴重。每次大修都要進行補焊漿葉，水輪機工況差，效率低，發電量少，水能利用率只能達到65%，棄水嚴重。

3)主軸密封不嚴。有漏水，淹沒水導軸承油盆，汛期威脅廠房和機組安全運行。

4)發電機絕緣老化，其中2臺發電機絕緣已發黃變脆，隨時都有擊穿的危險。大修時都不敢做交流耐壓試驗。

5)調速器漏油，可靠性變差。晨光電廠使用的ST-100機械液壓調速器，機械機構復雜，調整困難；機柜內部傳遞杠桿較多，造成死區較大、不易維修；油管路明管較多,漏油量大等缺陷。加之經過多年的運行，調速器的可靠性已大為降低，瞞足不了并網對頻率的要求和佳木斯電網黑啟動電源點的要求。而且調速器漏油最為突出，油壓裝置啟動頻繁，廠用電損耗大。嚴重影響發電生產和安全運行。

6)油、水、氣系統年久失修。電站油、水、氣輔助系統管路以及操作閥門年久失修，存在跑冒滴漏現象，輔屬系統設備只能手動運行，性能下降，可靠度低。

7)通訊手段落后。老的載波機與佳木斯電業局光纜接口連不上，現在只有一路無線GPRS在工作，滿足不了佳木斯電業局對數據傳輸的要求。

8)多油開關屬淘汰產品性能落后。3臺多油開關還在運行，用油量大，密封老化，運行維護費用高。

9)水工建筑工程不配套。尾水叉河流量大，抬高尾水水位，水輪機不在最佳工況，效率下降，發電量少，機組擺渡超差震動大運行狀態不穩定。

4 重點改造范圍

根據國家水利部、財政部以及我省對農村水電站增效擴容改造的相關文件要求和指示精神，以及晨光電廠的實際情況，確定了本次工程改造范圍：

1)水輪發電機組及其附屬設備。

2)主變壓器及廠用變壓器。

3)升壓站高壓設備。

4)高、低壓開關柜。

5)計算機監控及保護系統。

6)視頻監控系統。

改造后的電站電氣主接線見圖1。

圖1 改造后的電站電氣主接線圖

5 施工組織設計

按照省里統一要求， 該項目于2013年底先后完成設備采購及施工企業的招投標工作。

根據資金到位及上游來水情況，科學確定了本工程的工期及開工時間。由于水輪機生產工期為半年，2015年初第1臺機組到貨，發電機需隨水輪機同步進行改造。微機監控、繼電保護、高壓開關柜、變電所開關、變壓器等設備于2014年底開始施工。總的原則是：多發電、少棄水，分段改造，一次完成。

1)根據來水情況，首先改造6.3kVⅠ段母線設備。Ⅰ段母線高壓開關柜與微機監控、微機保護、綜合自動化同步進行；變電所110kV高壓設備、中控室保護屏同步進行。改造后要具備機旁并網發電的能力。Ⅱ段母線設備在Ⅰ段改造完成后進行。

2)35kV停電施工，晨紅線電源需跨接依農線，晨紅線無計量、無保護，需與佳調、農電提前溝通。

3)施工的重點難題是中央控制室。交叉作業，一部分設備在工作，一部分設備要拆除，保護屏就位不能同步進行。具體施工110kV變壓器、線路保護、直流饋電屛、故障錄波屛、110kV具備送電條件后，Ⅰ段母線設備發電，再改造35kV系統。

4)直流系統優先施工，公共系統與實際設備對接，充電屏不間斷電源，直流饋電屏等經與廠家協商，提前到貨。鋼廠，硅廠5369、5365開關拆除時，要現地手動操作。廠區變電所設備現地手動操作。

5)變電所新設備接入后，佳木斯電業局隨即做試驗，確定保護定值，辦理增容手續，待中控室的監控及保護設備改造完成后，再進行施工。

6)2015年2月20號水輪機到貨，倒排工期，提前拆機，保證水輪機到貨后，就能回裝。這期間，發電機改造，導水葉的維修都要提前完成，2#機并網發電后再確定3#機的拆機時間。

6 工程亮點

6.1 水輪機

水輪機改造是晨光電廠改造的重中之重，在不增加流量的情況下，提高水輪機效率，從而增加電站發電容量。發電廠流道沒有變化，要想提高效率，選擇一個與原流道水頭一致的技術先進的水輪機轉輪是問題的關鍵。晨光原水輪機由天津發電總廠制造，型號為ZZ-600-LH330,流量53.3m3/s，水頭6.2m。出力2690kW。由于當時的制造條件，水頭范圍比較廣，此水輪機4-20m都可以用，效率偏低。額定水頭、額定流量工況下，效率只有82.66%。本次改造水輪機由哈爾濱電機廠中標，一流的企業，加上精心的設計和選擇，最后選定水輪機轉輪型號為ZZA-945A，水頭6.5m，流量53.82m3/s，效率92.7%，出力3125kW。新的水輪機葉片為不銹鋼材質，轉輪體為20硅錳。機組安裝結束，試運行按額定工況運行，運行一個月后最大出力達到3450kW。現在5臺機組都改造完畢，水輪機效率高，震動小，水導擺渡25道。各項指標都大大優于原設計標準。因為發電機主軸沒有更換，為保證機組的安全可靠，根據廠家建議，單機出力按照≤3300kW運行，目前機組運行穩定。

6.2 監控系統

晨光電廠5臺機組，兩條110kV送出線路，升壓站離中央控制室200m以上，本次改造電站設置了計算機監控及保護系統，大大提高了電廠的自動化運行管理水平。系統設置2臺操作員工作站，1臺工程師工作站，1臺通訊工作站，5套機組LCU屏，1套開關站及公用LCU屏。監控系統采用多模光纖環網，系統通過一根24芯OPGW光纜接入佳木斯電業局光纖網絡中。改造后的晨光發電廠計算機監控系統結構見圖2。

圖2 晨光發電廠計算機監控系統結構圖

6.3 制動系統

原制動系統，由多個管路組成，通過閥門實現，手動運行。臟亂差，不美觀。增效擴容改造把制動系統與機旁測溫系統安裝在一個機旁屏中，制動系統使用JZF集成制動閥組，將水輪機組制動的手動，自動于一體，簡化了傳統制動回路中的所有管道，體積小，重量輕，可實現自動制動，手動制動，和頂轉子功能。同時把風閘也要進行改造，變成帶上下兩腔的風閘，制動和復歸兩腔手動自動操作，安全可靠，高溫鉆機組橇風閘再也不會發生了。

6.4 磁力啟動器。

電廠原設計水泵及漏油泵等的磁力啟動器均在水泵室，管道結露，潮濕漏電，設備經常燒毀，消防泵，頂蓋泵磁力啟動器在水輪機層，壓油泵磁力啟動器在發電機層，本次改造統一將磁力啟動器放在機旁動力屏上，抽屜式開關，維修方便，布線簡單，美觀大方。監控系統操作相關設備啟動、停止，中央控制室十分清楚。

6.5 視頻監視系統

晨光電廠大壩離中控室2.69km，是否溢流值班人員看不到，跑水問題經常發生，現在可以通過視頻監控清楚。浪柴是夏季影響晨光發電廠發電的主要矛盾，攔污柵堵塞，機組帶不上負荷。現在南山進水口是否有浪柴，監控系統看得十分清楚，浪柴多，提前停機，浪柴從大壩飄走，沒有了再發電。值長對來水情況了如指掌，調控自如，增加了許多發電量。

7 小 結

晨光發電廠通過增效擴容改造工程實施，消除了水電站的安全隱患，公共安全得到了有效保障。解決了多年的設備缺陷，設備等級明顯提高，已經初步具備現代化水電廠標準。

1)發電容量增加：單機容量由2.5MW，增加到3MW，總裝機規模相當于增加1臺發電機組。

2)年發電量及年利用小時數明顯增加：設計多年平均發電量6000萬kWh，年平均利用小時4500h；水輪機效率由82.6%增加到92.7%，發電量和經濟效益大幅度提高。

3)自動化水平明顯提高：可在中控室完成一鍵式開、停機，實現自動同期并網，從下開機令到自動并網最快時間只需3min。大大減少了人工操作步驟，降低了人工操作的錯誤率。自動化程度高，保護可靠，安全穩定，基本實現了增效擴容改造的“無人值班、少人值守”的要求，運行值班員明顯減少，為下一步定崗定編，推進農村水電體制機制改革奠定了基礎。

本次改造的不足之處在于：由于資金少，主要對機電設備進行了改造，水工建筑物沒有進行維修改造，渠道進水受阻、尾水泄流困難等問題還依然存在，上述問題待條件允許的情況下，應盡快徹底解決。

晨光發電廠在省水利廳水電局的正確領導下，在相關部門的大力支持下，精心組織，認真實施，全力推進，把這項利國利民的改造工程好事辦好。通過這次增效擴容改造，依蘭晨光發電廠初步形成了花園式的工廠，現代化的設備，高科技的人才，和諧的團隊。為晨光發電廠適應新常態，引領新常態，搶抓歷史機遇，再造一個新的晨光發電廠奠定了堅實的基礎。

[1]中華人民共和國水利部.水電[2006]338號水利部關于加強農村水電建設管理的意見[S].北京：中華人民共和國水利部，2006.

1007-7596(2017)02-0068-04

2017-02-16

魏書海(1963-)，男，黑龍江依蘭人，工程師，從事水電站運行管理工作。

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