白溪關(guān)水電站增容及改造的實(shí)現(xiàn)

楊祖煊

（古丈縣水電經(jīng)營(yíng)管理站，湖南 湘西 416300 ）

白溪關(guān)水電站位于古丈縣西北部斷龍山鄉(xiāng)境內(nèi)，涂乍河下游滴水潭上，距古丈縣城37km，是一個(gè)引水式電站。水庫(kù)壩址以上控制集雨面積490km2，總庫(kù)容1720萬m3；電站最大水頭40m，額定水頭28m，最小水頭15m，單機(jī)引用流量5.8m3/s。安裝4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量1250 kW，總裝機(jī)容量5000 kW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量2293萬kWh。該工程于1976年審批立項(xiàng)，同年10月破土動(dòng)工，1982年10月1#、2#機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行，1985年5月3#機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行，1993年5月4#機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行。電站上游11 km處，建有保靖縣長(zhǎng)潭電站，水庫(kù)庫(kù)容920萬m3，裝機(jī)1790kW。本文就白溪關(guān)水電站增容及改造的實(shí)現(xiàn)及效果予以論述。

一、電站增容及改造的緣由

白溪關(guān)水電站是古丈縣唯一總裝機(jī)超過500 kW的電站。不僅擔(dān)負(fù)著全縣37%的用電負(fù)荷，還擔(dān)負(fù)著向古丈縣斷龍山鄉(xiāng)農(nóng)村代燃料用戶供電的重要責(zé)任。該電站是古丈縣工業(yè)企業(yè)賴以生存的條件和基礎(chǔ)，更是全縣扶貧攻堅(jiān)、脫貧致富、發(fā)展經(jīng)濟(jì)的支柱。

由于電站建設(shè)年代早，又是一個(gè)三邊工程，受當(dāng)時(shí)資金和技術(shù)條件的限制，造成了電站設(shè)計(jì)和選用的設(shè)備存在一些缺陷。原選用的機(jī)電設(shè)備技術(shù)落后，自動(dòng)化程度低，能耗大，許多設(shè)備已為淘汰產(chǎn)品，廠家停止生產(chǎn)，設(shè)備檢修時(shí)無法買到零配件，給運(yùn)行維護(hù)帶來很大麻煩。加之運(yùn)行二十年來，機(jī)組機(jī)械磨損、設(shè)備絕緣老化現(xiàn)象嚴(yán)重，水工設(shè)施不同程度損壞，電站的綜合發(fā)電能力日趨下降，特別是1#、2#、3#機(jī)組老化相當(dāng)嚴(yán)重，已不能正常運(yùn)行，致使機(jī)組頻繁停運(yùn)檢修，棄水增大，出力下降，發(fā)電量逐年下滑。近十年來發(fā)電量一直徘徊在1700萬kWh左右，距設(shè)計(jì)年發(fā)電量2293kWh的水平相差甚遠(yuǎn)。遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足縣城和近區(qū)的供電。

為了進(jìn)一步加快古丈縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保證電站安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高經(jīng)濟(jì)效益，在改造水工設(shè)施的同時(shí)，改造電站機(jī)電設(shè)備，選用科技含量高、性能好的設(shè)備以增強(qiáng)電站自身造血功能，夯實(shí)電站發(fā)展后勁，是十分必要也是十分迫切的。

二、電站增容及改造的方案

為選擇最適合白溪關(guān)水電站增容及改造的方案，我們一方面大量搜集國(guó)內(nèi)類似電站（賦石電站、皎口電站等）改造的技術(shù)資料，一方面組織了由州、縣水利部門、設(shè)計(jì)單位和電站的技術(shù)人員組成的隊(duì)伍到與白溪關(guān)電站情況基本一樣的銅山源電站實(shí)地考察。同時(shí)結(jié)合白溪關(guān)電站高水頭（30～ 40m）運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)（約占80%）、豐水期棄水較多的實(shí)際情況，最終確定白溪關(guān)水電站增容及改造總體方案為：輸水管道和機(jī)組土建部分不變，更換水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪及發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子線圈，提高發(fā)電機(jī)絕緣等級(jí)，由B級(jí)提高到F級(jí)，改造調(diào)速器，單機(jī)容量由1250kW提高到1600kW，總裝機(jī)容量由5000kW提高到6400kW，改造電氣一、二次部分，提高自動(dòng)化水平。

1、主要設(shè)備選擇

（1）水輪發(fā)電機(jī)組：推薦選用HL（A703）-LJ-100更換HL263-LJ-100水輪機(jī)配發(fā)電機(jī)TS215/36-16機(jī)組機(jī)型。

（2）調(diào)速器：采用局部改造方案。即保持原有的油壓裝置及接力器部分，電氣部分采用可編程微機(jī)調(diào)節(jié)器，機(jī)構(gòu)部分采用全數(shù)字邏輯式機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)。

（3）水力機(jī)械輔助設(shè)備及自動(dòng)化：機(jī)組順控采用可編程控制，控制保護(hù)采用常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)，繼電保護(hù)采用微機(jī)保護(hù)。

2、電氣主接線

發(fā)電機(jī)母線側(cè)采用單母線分段，35kV側(cè)采用單母線接線。新增一臺(tái)S9-6300/35雙圈變壓器與1#、2#、3#發(fā)電機(jī)構(gòu)成單母線，利用一臺(tái)SL7-3150/35雙圈變壓器與4#機(jī)單機(jī)單變接線，6.3kV側(cè)采用斷路器分段，以利運(yùn)行和檢修。

3、電氣設(shè)備布置

電氣設(shè)備布置因地制宜，在不變動(dòng)原工程地形和副廠房土建結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將原露天式主變壓器場(chǎng)改建為半敞開式分層布置，即下層為半敞開式的35kV主變室，上層為35kV戶內(nèi)配電室。6.3kV配電室、中控室、勵(lì)磁室、蓄電池室等其他位置保持基本不變。

三、電站增容及改造的實(shí)施及效果

1、實(shí)施過程

白溪關(guān)水電站增容及改造分兩期實(shí)施，主要設(shè)備實(shí)行公開招投標(biāo)采購(gòu)。2002年至2004年完成了1#、2#、3#水輪發(fā)電機(jī)組的增容和勵(lì)磁、測(cè)溫制動(dòng)及調(diào)速器改造。主要改造內(nèi)容為：水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪由原HL263-LJ-100更換為全不銹鋼HLA702-LJ-98轉(zhuǎn)輪，水輪機(jī)密封由原單層橡膠平板密封更換為液壓端面密封，設(shè)置空氣檢修圍帶檢修密封，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)進(jìn)行徹底處理即對(duì)導(dǎo)葉間立面、導(dǎo)葉與頂蓋、底環(huán)間端面進(jìn)行修補(bǔ)，上、下軸套更換為銅套加四氯乙烯內(nèi)襯，上、下抗磨板更新為不銹鋼材料；發(fā)電機(jī)更換定、轉(zhuǎn)子線圈，轉(zhuǎn)子線圈由原扁鋁帶更換為扁銅帶，定子、轉(zhuǎn)子繞組絕緣由原B級(jí)提高到F級(jí)，改進(jìn)發(fā)電機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)，推力瓦由原巴氏合金更換為彈性塑料瓦，測(cè)溫元件改用pt100鉑電阻；勵(lì)磁裝置由原KGLF-21F可控硅三相半控橋式自復(fù)激勵(lì)磁系統(tǒng)更換為WJL-65型PLC微機(jī)自并激三相全控橋式晶閘管整流勵(lì)磁系統(tǒng)；采用新的“O”型密封氣回復(fù)制動(dòng)器并改進(jìn)相應(yīng)管路系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置采用LZX-3A電腦邏輯型裝置；調(diào)速器由原X（Y）T-1000型機(jī)械液壓式更換為BWT-1000型步進(jìn)式微機(jī)調(diào)速器等。

2、實(shí)施效果

白溪關(guān)水電站總裝機(jī)容量現(xiàn)為6050kW，增加1050kW，年增發(fā)電量250萬kWh。在近幾年的運(yùn)行過程中，單機(jī)最大出力由原來的1600kW提高到1900kW，單機(jī)單月發(fā)電量最大曾達(dá)120萬kWh（2003年5月），創(chuàng)歷史最高。豐水期來水得到充分利用，減少了電站棄水量，既提高了水能資源的利用率，又提高了電站自身經(jīng)濟(jì)效益。

（1）水輪機(jī)出力、效率均有明顯改善。水輪機(jī)額定出力由原1330kW提高至1710kW，增加28.6%，水輪機(jī)額定工況點(diǎn)效率由原83.5%提高至89.3%，提高5.8%。同時(shí)，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪及上、下抗磨板采用了不銹鋼材料，大大增強(qiáng)了水輪機(jī)的機(jī)械性能，較之原來更耐蝕、耐磨，降低了因氣蝕和空蝕可能導(dǎo)致的損壞水輪機(jī)過流部件、破壞水流正常流動(dòng)出現(xiàn)的能量損失增加和水輪機(jī)振動(dòng)、噪聲增強(qiáng)等不良后果。

（2）發(fā)電機(jī)整體性能明顯改善。發(fā)電機(jī)新型號(hào)為SF-J1600-16/2150，額定功率由原1250kW提高至1600kW，增加28%，額定效率＞94.5%。一是發(fā)電機(jī)定子周圍增加了6個(gè)通風(fēng)口，轉(zhuǎn)子兩端加大了風(fēng)扇葉，轉(zhuǎn)子線圈間新增了8個(gè)通風(fēng)孔，并在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)加了4片導(dǎo)風(fēng)葉，風(fēng)向由導(dǎo)風(fēng)葉經(jīng)轉(zhuǎn)子通風(fēng)孔直接向轉(zhuǎn)子線圈、定子線圈和鐵芯吹風(fēng)散熱。使發(fā)電機(jī)定子線圈由原上、下通風(fēng)冷卻變成了上、中、下三個(gè)方向同時(shí)通風(fēng)冷卻，大大改善了發(fā)電機(jī)的散熱條件，降低了溫升，與未改造的機(jī)組比較，有明顯手感區(qū)別。二是推力瓦由原巴氏合金瓦更換為彈性塑料瓦，不僅增強(qiáng)了推力瓦的耐磨性，開機(jī)前不必頂轉(zhuǎn)子，縮短了開機(jī)時(shí)間；而且能在低轉(zhuǎn)速下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行不致升溫，機(jī)組軸承溫度在同等條件下低了10℃左右，極大的提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性。

（3）改造后的調(diào)速器，提高了自動(dòng)化程度，裝置更簡(jiǎn)單、衛(wèi)生。取消了原有的開限機(jī)構(gòu)和杠桿連接機(jī)構(gòu)以及飛擺電機(jī)、引導(dǎo)閥等部件，原需人工手動(dòng)操作的開停機(jī)和增減負(fù)荷等過程，變成在“觸摸屏”上直接點(diǎn)擊即可順利完成一系列的開停機(jī)調(diào)節(jié)過程，操作簡(jiǎn)便快捷易行、靈敏度高。

（4）改造后的勵(lì)磁裝置采用PLC微機(jī)自并激勵(lì)磁裝置，取消了原有的變流器，既減少了元件，又使接線更清楚、簡(jiǎn)單整潔，還有利于通風(fēng)散熱。勵(lì)磁屏上的顯示器實(shí)時(shí)顯示工況，做到了重要數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、修改和永久性保存。通過PLC微機(jī)自帶的RS-485通訊口，可在上位機(jī)讀出微機(jī)的各變量及I/O接口狀態(tài)，修改各種控制數(shù)據(jù)，控制勵(lì)磁裝置的運(yùn)行。也可在勵(lì)磁屏上直接操作，在運(yùn)行操作過程中如出現(xiàn)故障，能方便地通過顯示器，直接讀出故障和問題出現(xiàn)部位，有利于操作人員和維修人員直接處理當(dāng)前所示故障。本裝置很好地解決了原來運(yùn)行中無功功率不足的問題，較之原裝置更先進(jìn)、更適用。

四、結(jié)束語(yǔ)

從白溪關(guān)水電站增容及改造的實(shí)現(xiàn)可以清楚的看出：水電站增容及改造具有技術(shù)簡(jiǎn)單、工程量小、建設(shè)周期短、見效快等到優(yōu)點(diǎn)。增容及改造工程的實(shí)施既能增加電站發(fā)電量，提升經(jīng)濟(jì)效益，又能夠提升電站的綜合自動(dòng)化水平和高科技含量；可減輕電站運(yùn)行、檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，還能促進(jìn)員工加強(qiáng)學(xué)習(xí)，提高電站生產(chǎn)、管理人員的綜合業(yè)務(wù)素質(zhì)，延長(zhǎng)機(jī)電設(shè)備的使用壽命；同時(shí)降低了機(jī)電設(shè)備的能耗，保證了電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

白溪關(guān)水電站增容及改造工程雖未全部完成，仍有一些問題未得到解決，但通過上述分析可以看出，已改造的部分總體是成功的，效果是良好的。這為電站下一步進(jìn)行全面改造和全縣其他小水電站進(jìn)行增容及改造積累了經(jīng)驗(yàn)，起了個(gè)好頭。也為我縣小水電站全面建成微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，達(dá)到“無人值班、少人值守”打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

[1] 黃美勝. 涼頭水電站增容改造分析[J]. 中國(guó)水能及電氣化, 2008.

[2] 向紹紅. 岳虎灘水電站增容改造[J], 中國(guó)水能及電氣化, 2008.