田莊水電站溢流閘門備用電源改造

耿岳維 蘇 磊 馬 潔

（河北省石津灌區(qū)管理局 河北 石家莊 050051）

1 田莊水電站簡介

田莊水電站(以下簡稱電站)位于石家莊市西北，座落在石津總干渠上，是一座渠道引水式電站，電站水源來自滹沱河系的兩座大型水庫。電站裝機(jī)容量為2×2 500 kw，計水頭為6.1 m，設(shè)計流量為107 m3/s，設(shè)計年利用小時數(shù)為2 874 h，設(shè)計年發(fā)電量為1 437 kw·h。發(fā)電機(jī)出口電壓為6 kv，經(jīng)一臺主變電壓器升壓至35 kv，通過250米輸電線路到市供電局杜北變電所并入電力系統(tǒng)。電站于1980年4月破土動工，1983年5月13日通過試運(yùn)轉(zhuǎn)正式交付使用。

2 田莊電站溢流閘簡介

田莊電站溢流閘(以下稱溢流閘)，安裝在石津總干渠上，用以開放或切斷總干渠的輸水通道。溢流閘門共有兩扇，全部為平面鋼閘門，通過2臺卷揚(yáng)式啟閉機(jī)實(shí)現(xiàn)升降，每扇閘門通流能力為50 m3/s。機(jī)組正常運(yùn)行時，溢流閘關(guān)閉，總干渠水流通過前池進(jìn)入蝸殼，驅(qū)動水輪機(jī)發(fā)電；一旦發(fā)生事故，蝸殼關(guān)閉阻止水流進(jìn)入機(jī)組，同時溢流閘提起，水流通過溢流閘下泄，防止水淹公路(或村莊)的事故發(fā)生。非運(yùn)行期間溢流閘門一律提起，防止上游來水，造成渠道水位上升。

溢流閘采用系統(tǒng)電源供電方式，沒有后備電源。運(yùn)行中一旦系統(tǒng)電源消失，靠人力投入手搖式離合器，手動提起溢流閘門。

2008年為滿足南水北調(diào)臨時輸水的要求，對溢流閘進(jìn)行了改造，更換了閘板和啟閉裝置，以加強(qiáng)溢流閘的水密性，減少輸水過程中的漏水損失。改造后的溢流閘取消了手動離合裝置，只保留電動離合系統(tǒng)。

3 溢流閘備用電源改造

溢流閘改造完成后，電站對其安全性進(jìn)行了評估。經(jīng)過評估我們認(rèn)為在啟閉裝置只有電動的情況下，溢流閘現(xiàn)有運(yùn)行方式存在嚴(yán)重安全隱患。一旦系統(tǒng)故障導(dǎo)致電源消失，溢流閘將無法升起，必將產(chǎn)生水淹公路的事故。為解決這個安全隱患電站提出了兩種解決方案：

3.1 方案一。系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致電源消失后，發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)解列，單機(jī)運(yùn)行。以機(jī)組空載時的帶負(fù)荷能力提供廠用電，代替系統(tǒng)電源，為溢流閘提供動力。此方案的優(yōu)點(diǎn)是只需更新運(yùn)行規(guī)程、對運(yùn)行人員進(jìn)行相關(guān)技能的訓(xùn)練，不需增加任何投資。但在隨后的實(shí)施過程中我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，杜北變電站(電站并網(wǎng)輸電的變電站)的保護(hù)可能會發(fā)令驅(qū)動電站機(jī)組事故解列。此種情況下保護(hù)信號無法復(fù)位，機(jī)組不能啟動運(yùn)行。方案一可靠性不夠，只能放棄。

3.2 方案二。為溢流閘配置后備電源。采用一臺K41000型30kW高速柴油發(fā)電機(jī)作為溢流閘后備電源。正常運(yùn)行時，由系統(tǒng)提供溢流閘電源；系統(tǒng)電源消失時由柴油機(jī)負(fù)載提供溢流閘動力。對原有供電系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加閉鎖裝置，防止兩套電源切換過程中出現(xiàn)撞車問題。

溢流閘電源改造分為一次動力部分改造和二次控制部分改造兩部分。

一次動力部分作用主要是將柴油發(fā)電機(jī)的輸出電流送至溢流閘門啟閉機(jī)電機(jī)，驅(qū)動閘門啟閉。在改造過程中為了節(jié)約投資，我們將備用電源的輸出端與主用電源的輸出端并聯(lián)，利用原有動力電纜實(shí)現(xiàn)了備用電源的傳輸。

二次控制部分的作用是保護(hù)柴油發(fā)電機(jī)。假設(shè)備用電源投入的情況下，系統(tǒng)忽然來電，電網(wǎng)電源通過溢流閘門主用電源接線反送至柴油發(fā)電機(jī)，由于兩個系統(tǒng)的電能在幅值、頻率、相位上存在偏差，極易發(fā)生撞車現(xiàn)象，造成柴油發(fā)電機(jī)損壞。因此，二次控制系統(tǒng)必須在備用電源投入的同時切斷主用電源的通路，也就是我們常說的主備用電源的互鎖功能。溢流閘門主、備用電源均采用DZ-100型空氣開關(guān)控制一次線路的通斷，利用此設(shè)備自帶的跳閘線圈和常開、常閉輔助接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了閉鎖功能。工作原理：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障，機(jī)組停機(jī)主用電源消失的情況下投入備用電源。備用電源空氣開關(guān)閉合，其常開輔助接點(diǎn)閉合，此時主用電源空氣開關(guān)(以下簡稱主用開關(guān))尚未斷開，其常開輔助接點(diǎn)仍在閉合狀態(tài)，導(dǎo)致主用開關(guān)跳閘線圈通電，主用開關(guān)跳開，其常開輔助接點(diǎn)斷開，跳閘線圈斷電，自鎖功能實(shí)現(xiàn)。

備用電源改造完成后，徹底解決了系統(tǒng)故障造成溢流閘電源消失的安全隱患，保證了發(fā)電運(yùn)行的安全。