趙山渡水力發(fā)電廠電氣設備系統(tǒng)改造方案

劉 昊

(浙江珊溪經濟發(fā)展責任公司，浙江 溫州 325000)

0 引 言

趙山渡引水工程以供水、灌溉為主，兼顧發(fā)電、防洪綜合利用.該工程是飛云江干流中游河段上控制性的一個非常重要水利工程，電廠閘址以上流域2 302 km2，占全流域面積3 252 km2的70.8%，設計總庫容3 414 m3.電廠裝機容量2×10MW,設計年平均發(fā)電量5 140萬kW·h.電廠送出工程采用二回35 kV出線，分別送到距電廠8 km的高樓變電所和18 km的蕉坑變電所.工程還距離溫州市、瑞安市都非常近，長期從事對溫州市區(qū)和工程下游的供水供電和灌溉可以說作用是非常重要的.趙山渡水力發(fā)電廠是在1998年7月開工，2000年9月下閘蓄水，同年11月開始投運發(fā)電的，隨著科學技術的進步，其很多電氣設備技術已經非常落伍，給發(fā)電廠帶來了巨大的損失，因此，現欲對其電氣設備進行技術改造，實現自動化，提高電廠的可靠性、整體性，創(chuàng)造出更多的經濟價值[1-2].

1 趙山渡水力發(fā)電廠改造的必要性

由于趙山渡水力發(fā)電廠運行了十幾年，其設備面臨著老化、不安全、技術差等問題，主要表現在：(1)發(fā)電廠的控制系統(tǒng)陳舊、老化，安全系數不高，技術不先進導致系統(tǒng)不能正常運行；(2)機組LCU采用的工控機及PLC產品是十幾年以前的，這些落后的產品跟現代最新的控制設備之間存在著很多問題，而且還導致很多功能存在非常大的局限性；(3)有些跟機組配套使用的自動化元件年限已久，在長期的使用中導致了其控制性能不好、安全系數不高等不良現象的出現；(4)發(fā)電廠電氣設備保護系統(tǒng)已經嚴重跟不上時代的腳步，很多功能已經不完善[3-4].

電氣設備改造的緊急、必要性主要表現在以下兩個方面：(1)溫州瑞安電網最重要調峰電站之一就是趙山渡發(fā)電廠，如果該電廠停止運行，將會對溫州瑞安的經濟造成重大損失；(2)目前水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)和微機保護技術等綜合自動化技術在一些中小型水電站得到了廣泛的運用，實現了電力系統(tǒng)調度要求的遙測、遙信、遙調及遙控功能，且極大提高了水電站的安全系數、可靠性.

2 趙山渡水力發(fā)電廠電氣設備改造

針對發(fā)電廠的控制系統(tǒng)陳舊、老化，安全系數不高和技術不先進等現象，浙江珊溪經濟發(fā)展有限責任公司技術人員和設計方到發(fā)電廠現場進行了認真查看，并進行了充分商討，主要從計算機監(jiān)控系統(tǒng)、電氣保護系統(tǒng)、排水控制系統(tǒng)以及35 kV開關柜等方面提出了趙山渡發(fā)電廠電氣設備改造方案．

2.1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)

發(fā)電廠綜合自動化系統(tǒng)按滿足“無人值班”(少人值守)的要求進行改造，發(fā)電廠原計算機監(jiān)控系統(tǒng)設備(主計算機和現地控制單元設備等)和常規(guī)監(jiān)控設備(集控臺、中央音響屏、變送器屏和機旁自動屏等)全部拆除；改造后的發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)采用以計算機監(jiān)控為主、簡易常規(guī)設備控制為輔的監(jiān)控方式，發(fā)電廠的正常運行完全依靠計算機監(jiān)控系統(tǒng)，發(fā)電廠操作員工作站按雙重化設置.

改造后的計算機監(jiān)控系統(tǒng)從功能上分為：發(fā)電廠控制層和現地控制層.發(fā)電廠控制層是發(fā)電廠的實時監(jiān)控中心，負責全廠的自動化功能、采集和處理來自現地控制層的數據(制作各種運行報表、重要設備的運行檔案、各種運行參數等)、全站的人機對話(全站設備的運行監(jiān)視，事故和故障報警，對運行設備的人工干預及監(jiān)控系統(tǒng)各種參數的修改和設置等)、與現地控制層和溫州區(qū)調、電廠管理系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)的通信.現地控制層設置三套現地控制單元(LCU)，按被控對象性質分為：二套機組LCU、一套升壓站及公用設備LCU.機組LCU布置在主廠房發(fā)電機層機組旁；升壓站及公用設備LCU布置在中控室.改造后的計算機監(jiān)控系統(tǒng)主站(包括網絡柜)、升壓站及公用LCU屏(雙屏)布置在中央控制室，機組LCU屏(雙屏)布置在主廠房運行層機旁，LCU屏設置測量發(fā)電機電流、電壓、有功、電能等參數的變送器和多功能電測儀表.

2.2 電氣保護系統(tǒng)

發(fā)電廠電氣保護系統(tǒng)改造按實現全微機保護為原則.發(fā)電廠原發(fā)電機保護屏、主變保護屏及廠用變保護回路均采用繼電器保護裝置，故應全部更新；原35kV線路保護為90年代國產早期微機保護裝置，考慮到通信接口不一致以及備品備件困難等問題，也列入改造范圍內.改造后的發(fā)電廠元件保護裝置采用國內技術先進、可靠性高的微機元件保護裝置，并具有與計算機監(jiān)控系統(tǒng)通信接口的功能.發(fā)電廠電氣設備微機保護系統(tǒng)包括發(fā)電機保護、35 kV主變壓器保護、35 kV線路保護、6 kV廠用變壓器保護.35 kV線路微機保護裝置要根據電力系統(tǒng)的要求配置，建議采用南京南瑞RCS系列新一代的線路微機保護裝置.發(fā)電廠微機保護系統(tǒng)主要由四面屏組成，布置在中央控制室.每臺發(fā)電機設置一面保護屏，屏內裝有發(fā)電機的全套微機保護裝置和斷路器操作繼電器箱；主變壓器設置一面保護屏，屏內裝有一套完整的35 kV雙圈變壓器微機保護裝置和斷路器操作繼電器箱；二回35 kV線路保護設置一面保護屏；6 kV廠用變微機保護裝置安裝在主變保護屏上，不單獨設置保護屏.

2.3 供排水控制系統(tǒng)

改造后滲漏排水泵、檢修排水泵以及消防供水泵均采用獨立PLC和軟啟動裝置控制，單獨組一面屏，集水井(或水池)變送器安裝在屏上，通過現場總線與升壓站及公用設備現地控制單元相連，完成數據交換及上位機操作指令的傳送；調速器三臺油泵(2大1小)控制系統(tǒng)集成在一面控制屏內，采用PLC控制；機組冷卻風機、除濕器、加熱器控制系統(tǒng)集成在一面控制屏內；機組軸承潤滑油泵、高壓頂起油泵、漏油泵控制系統(tǒng)集成在一面控制屏內；機組技術供水泵和供水閥控制系統(tǒng)集成在一面控制屏內.改造后水泵PLC控制柜和空壓機PLC控制柜分別布置在水泵房和空壓機室相應位置，其余輔機控制柜布置位置根據實際情況可進行適當調整.

2.4 開關柜等設備的配套改造

拆除原發(fā)電廠8臺GBC-35型35 kV開關柜，更換為目前技術先進、安全可靠的KYN系列柜型產品.由于兩種柜型設備配置和外形尺寸不一致，改造后采用11臺35 kV開關柜，考慮到樓板開孔問題，改造后的開關柜底部出線孔應盡可能利用樓板原有開孔，故下階段施工圖設計時需對開關柜布置進行專門設計.5 kV開關柜選用KYN -40.5柜型，該柜型開關柜具有以下特點：

(1)開關柜柜體采用高強度抗腐蝕的敷鋁鋅板雙重折彎成型，由螺栓和拉鉚螺母連接而成，整個柜體無焊接；

(2)采用復合絕緣或空氣絕緣兩種結構，以及最佳的電場設計，柜體結構緊湊、占地面積小(柜體寬度僅為1.2 m)；

(3)具有查詢式“五防”連鎖機構，以及各項可靠的閉鎖裝置，能有效防止誤操作，確保設備與人身安全，操作方便，運行可靠；

(4)開關柜按功能特征可分為繼電器儀表室、手車室、電纜室和母線室四部分，各部分以接地的金屬隔板完全隔離，可阻止電弧延伸，保證在發(fā)生內部故障時不會影響相鄰隔室，可將故障限制在最小范圍.柜與柜之間的母線室通過母線套管及分隔板達到互相隔離的目的，從而限制相鄰柜之間內部故障電弧產生的影響；

(5)柜體內配用新型全絕緣真空斷路器，斷路器手車進出操作輕松、靈活；

(6)開關柜外殼防護等級為IP4X.

發(fā)電廠原機組配套的自動化元件(壓力開關、位置開關、示流信號器、電磁閥等)不夠完善或存在可靠性差等問題，不能滿足計算機監(jiān)控系統(tǒng)的要求，需要增補或更換.發(fā)電廠油、氣、水系統(tǒng)非電量監(jiān)測變送器(如各油箱、油罐油位)原來配置不全或基本沒有配置，故需重新配置.自動化元件建議采用合資或進口優(yōu)質產品.

為了使發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)和電氣保護系統(tǒng)免受雷電的侵害，發(fā)電廠需設置一套弱電防雷系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為電源線路防雷、通信線路防雷、信號線路防雷及等電位接地等四個組成部分，可確保發(fā)電廠弱電系統(tǒng)在強雷電環(huán)境下可靠運行.設備改造后部分二次電纜需進行增補或更換，根據計算機監(jiān)控和微機保護系統(tǒng)的要求，均應全部采用計算機系統(tǒng)專用屏蔽電纜.根據消防要求，設備和電纜改造后須采用防火包和防火堵料對電纜孔洞和通道采取必要的封堵和隔斷措施.

3 結 語

趙山渡水力發(fā)電廠對溫州市、瑞安市的經濟發(fā)展和人民正常生活起著非常重要的作用，因此，當地有關部門必須重視對其電氣設備的改造工程，以提高電氣設備系統(tǒng)的技術水平，確保該電廠能夠跟上時代的腳步實現自動化，能夠安全、高效的正常運行，實現經濟利益最大化.

參考文獻：

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[2] 于 曉，馮保文.發(fā)電廠電氣綜合自動化系統(tǒng)淺析[J].科技創(chuàng)新導報，2011(6):66.

[3] 李宏偉.水電廠二次控制系統(tǒng)設備的優(yōu)化分析[J].機電信息,2011(15):130-131.

[4] 王凱鋒.水力發(fā)電廠電氣設備系統(tǒng)改造技術探討[J].中華民居,2012(6):128-129.