淺議石門水電站綜合自動化和附屬設備技術改造工作

漢中市石門水庫管理局 陳麒羽

石門水電站由河床電站、河東渠首電站、河西渠首電站組成。全站原裝機6臺，總裝機容量為40500kW，年設計發電量1.21億千瓦時。河床電站三臺機組于1978年5月至1979年2月分別交付運行管理。電站運行初期在設計、制造、安裝等方面存在缺陷和問題。為此1984年水利部投資300萬元對河床三臺機組進行了技術改造，基本完成了預定任務，消除了機組的主要缺陷，達到機組銘牌出力運行。

1 設備技術改造基本情況

電站原設計安裝的綜合自動化和附屬設備一直未經更新換代改造、如保護和自動化控制設備，機組調速系統設備、蝶閥操作系統設備、空氣壓縮系統設備、機組勵磁系統設備等均為我國60年代產品，各設備和基礎設施已接近使用年限或超期服役。工作時成本高、效率低、運維人員勞動強度大。地下的電站廠房滲漏水嚴重，環境濕度大、特別是夏季悶熱的天氣，金屬部件銹蝕加速，電氣設備絕緣老化且噪音超標。此種現狀損害了電站值班人員的健康，也影響了電站的安全運行。電站現狀不容忽視，改變現狀更不容忽視，電站于2002年開始逐步將危及電站正常發電的綜合自動化及附屬設備進行更新換代改造。

1.1 發電機勵磁技術改造

發電機勵磁技術改造原因。河床三臺發電機勵磁及河東兩臺發電機勵磁都是自并式勵磁，自1978年5月開始陸續投入運行，因設備陳舊、絕緣老化導致發電機組無法正常發電。主要原因：1、2號發電機從1991年開始勵磁機轉子絕緣降低，運行期間常發接地信號而被迫停機處理。每年因勵磁機轉子換向性能變差、火花大、碳刷易壞、更換頻繁，時常需停機，故障多達十余次，運維人員工作量大，檢修費用高。

改造方案和結果。2002年至2004年陸續對河床三臺發電機勵磁及河東兩臺勵磁系統分別采用了華中科技大學電力自動技術研究所的WL-03型和WL-06型雙微機勵磁系統。通過幾年運行解決了長期欠發無功問題，為電力系統提供良好了的阻尼，滿足了電力系統運行的要求，給工作人員減輕了很大的工作量，同時也節約了維修材料費用。實現對發電機運行狀態進行監視和記錄以及勵磁設備的自動化管理，功能完備、可靠性高，檢修維護方便，操作簡單直觀。

1.2 河床電站保護技術改造

1.2.1 河床電站保護技術改造原因

河床電站首先對電氣公用設備的保護進行改造。保護裝置是迅速實現運行設備中發生故障可有選擇地通過斷路器將發生故障的部分切除，它是發電站和電力系統重要的組成部分，是保證安全穩定運行的技術手段。電站發電機組自1978年投入運行，原有的設備保護裝置電氣元件、機械零配件購置難，造成維修、校驗和調試工作無法進行。常有保護誤動作現象，發生故障時起不到應有的保護措施。

1.2.2 保護改造方案和結果

自2005年3月至2007年1月采用許繼電氣股份有限公司提供的微機保護，陸續改造成適應現階段電力系統規范要求自動化程度高的保護設備。110千伏線路保護型號為WXH-811裝置，具有三段式相間距離及接地距離保護及變壓器低壓側相間短路的后備距離保護，具有TV斷線投入的二段過流保護、不對稱故障相繼速動功能，四段式零序方向電流保護，具有事件報告記錄，故障錄波和打印功能。2005年3月29日投運至今運行良好；1、2號主變壓器保護。該系列微機變壓器保護主要由WBH-812、WBH813H、WBH-813L、WBH-814保護裝置和ZSZ-811/C操作箱五部分組成。保護裝置可循環記錄200次事件記錄和裝置自檢報告等；11、12號廠用變壓器保護。604聯絡母線保護和河床廠用電的備用電源自動投入裝置改造為微機綜合保護測控柜，集中一個柜體內，節約了中控室占地面積，方便了操作維護和監視。

110千伏、1號2號主變、廠用變、604聯絡線和備自投保護設備投運后滿足機組、系統實時性要求，具備安全性、可靠性、實用性等、它們的更新改造是不能用數據衡量其經濟效益，只有設備安全良好運行才是確保電站安全發電創收的保障。

1.3 河床直流系統技術改造

改造原因：河床直流系統是由1978年建廠時安裝的直流設備，因直流系統擔負著供給發電系統正常運行和事故狀態下的繼電保護，信號系統、高壓斷路器分合閘的直流控制電源和操作電源，以及事故照明電源，是電站不可缺少的一部分。該套設備使用近30年，設備陳舊、故障頻繁、難以修復。主要問題是：主充可控硅整流設備蓄電池定期充電時不能滿足45安大電流；浮充可控硅整流設備長期供給蓄電池充電，電流穩定性差，一般要求在0.25～0.37安，時常出現自動上升，影響蓄電池壽命，直流操作母線和控制母線電壓起不到穩定作用；防酸隔爆式鉛蓄電池于1996年更換一次，容量下降，當進行斷路器操作時合閘回路因電流容量降低、電壓難以保持，造成合閘并網困難，若不即時改造將影響全站正常發電，甚至使全站發電處于癱瘓狀態。

直流系統改造方案和結果：采用陜西金電電子科技有限公司生產的GZDW33-300/220-M型微機型直流電源柜。主要由充電柜、饋電柜和電池架三部分組成，結構緊湊而合理，實現各項保護功能，滿足了電站正常和事故狀態下的繼電保護，實現定期對蓄電池進行自動均充控制，減少了維護工作量。直流系統于2007年3月改造后經過2年多的運行，達到了河床發電對直流系統的要求，并解決了直流系統控制電源操作電源電壓不穩定的問題，并大大減輕維護和運行人員的工作量，保障了機組的正常發電。

1.4 1號至5號發電機調速器技術改造

改造原因：1號至5號發電機調速器屬70年代產品，現已運行了30多年，均存在以下問題：水輪機調速器采用機械液壓式結構復雜，動作時的離心飛擺、緩沖器、調差機構、調節參數、調試技術性強；手動調節靈敏度差，死區大，機組并網困難；調節速度慢，甩負荷動作時間長，導致接力器動作緩慢，轉速上升40～60%；調速器操作柜內管道(銅管道)漏油嚴重，維護量大；不能滿足電站實現無人值班（少人值守），計算機檢測控制系統的要求。

改造方案和結果：河床1～3號發電機調速器于2005年5月陸續采用武漢四創自動控制技術有限公司制造的BW(S)T-PLC系列步進式無油電轉可編程調速器，河東4至5號發電機調速器采用數字球閥微機調速器，它將電子技術和現代液壓技術相結合，該設備結構簡單、運行可靠、性能優良，操作維護方便。經過幾年運行實踐證明改造是成功的，有效的改善了運行工況，調節品質有了很大的提高。解決了開機并網難、調節機組負荷速度緩慢、準確性差的問題，大大提高了發電機組效率，且檢修、維護的工作量得到了減輕。

1.5 1～3號發電機油壓裝置改造

改造原因：由于水輪機調速器由原設計型號ST-100機械液壓式改造成BWST-PLC-100型步進式無油電轉可編程微機雙重調節調速器，現有的油壓裝置從操作系統、自動供油壓和油罐補氣裝置上安全性、可靠性差，設備陳舊、落后，油泵的安全閥調整值調正準確性差、造成動作頻繁。電機功率大（13千瓦），工作起動過于頻繁、電能耗損大，造成了不必要的浪費。

改造方案和結果：油壓裝置部分是在原油箱、壓油罐不變的基礎上改造了油泵電機，組合閥、壓油罐上裝設磁鋼液位計、空氣逆止閥、空氣安全閥等裝置。回油箱上裝設磁鋼液位計自動化元件。控制部分改為武漢四創公司設計的PLC油泵控制柜并帶有通訊功能，該裝置通過兩年多運行、觀察，工作效率高，流量均勻、工作平穩、體積小，PLC的應用自動化程度得到了進一步的提高，對運維人員的工作量有了明顯減少。該裝置的改進提高了工作效率，縮短了油泵電機的運行時間和開停次數，節約了用電，解決了安全閥調正難、工作不穩定、安全性差的問題。

1.6 河床蝶閥油壓裝置、漏油泵控制和三臺機組漏油箱油泵控制系統改造

改造原因：河床蝶閥油壓裝置與機組油壓裝置存在著同樣的問題，借鑒于機組油壓裝置改造的成功，2009年改造了蝶閥油壓裝置，并對蝶閥漏油箱油泵控制系統、三臺機組漏油箱油泵控制系統進行改造。幾臺漏油泵控制系統是在建廠時的產品，地下滲漏水嚴重、空氣濕度大、金屬部件銹蝕、電氣設備絕緣老化，油泵自動使油溢出油箱，污染環境并造成一定的經濟損失。

改造方案和結果：改造后的控制系統采用PLC油泵集中控制系統，密閉式結構，內部形成一整套完整的電氣、壓力控制系統，功能完善并安裝在發電機層，改善了設備環境，操作方便，易于監視。

1.7 河床空壓機系統技術改造

改造原因：由于空壓機常年運行，機械磨損嚴重、漏氣量大，導致氣壓不足、啟動頻繁、運轉時間長，既消耗電能又增大了運行人員工作量。兩臺低壓氣機由于閥片等零部件損壞，此類產品不再生產，采購不到同型配件，于2007年12月被迫停止工作。

改造方案和結果：河床空壓機改造采用南京英格索蘭壓縮機有限公司生產的型號HP15-30P、電機功率11千瓦的空壓機，將原有的兩臺低壓機電機、兩臺高壓氣機全部拆除，改造為HP15-30P型的兩臺，互為備用。經過運行效率有很大的提高，打氣時間由原來1小時多縮短為10分鐘，改造后操作部分采用PLC自動控制系統，并在管道處增加安全閥，有效地杜絕事故的發生，設備運行安全得到了保障。免去每班需專人操作打氣、排污等工作，減輕了運行人員的工作量，同時也降低了能耗。

1.8 河西蝶閥改造

改造原因：河西蝶閥屬手動操作，多年運行，由于銹蝕嚴重維修拆卸困難，密封圈壓板壞死無法更換，使蝶閥漏水量逐年增大且無同型號配件更換，在操作時由于設計的地方受限制，操作非常吃力，因不能即時打開蝶閥而時常延誤開機時間。

改造方案和結果：根據蝶閥所存在問題于2006年12月更換成全自動蝶閥操作，解決了操作困難、滲漏嚴重，減輕了工作量并節約了開停機時間。

2 結語

通過技術改造消除了設備缺陷，更好地保證機組安全、經濟、穩發，采用先進設備的同時把降損與電站的經濟利益密切掛鉤，依靠科學技術來降低損耗，使職工勞動強度和工作環境得到改善。達到了提高效率、降低能耗、降低成本、增加利潤、提高社會經濟效益的目的。