淺析陳田水庫(kù)水電站增效擴(kuò)容改造

陳榮昌

摘 要：國(guó)家出臺(tái)了農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造優(yōu)惠政策，為老舊水電站創(chuàng)造了生機(jī)活力，在此政策的惠及下，惠安縣陳田水庫(kù)一、二級(jí)水電站（以下簡(jiǎn)稱為陳田電站）列入全國(guó)第二批增效擴(kuò)容改造項(xiàng)目，該項(xiàng)目改造后可充分發(fā)揮水資源的利用率，消除安全隱患，提高運(yùn)行質(zhì)量，將帶來(lái)環(huán)保、生態(tài)、節(jié)能、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等多重效益，有效促進(jìn)電站健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：水電站；增效擴(kuò)容；技術(shù)改造

引言

陳田水庫(kù)位于泉州市泉港區(qū)菱溪上游5公里處，壩址截菱溪上游陳田以上流域徑流，是一座以灌溉為主、結(jié)合防洪發(fā)電的多年調(diào)節(jié)綜合利用的中型水庫(kù)，流域集雨面積29.2km2，總庫(kù)容2563萬(wàn)m3，興利庫(kù)容1742萬(wàn)m3，水庫(kù)壩后和下游分別開發(fā)三座梯級(jí)水電站，其中一級(jí)電站位于陳田水庫(kù)壩后，于1984年建成投產(chǎn)發(fā)電，裝機(jī)容量2×400kw，設(shè)計(jì)水頭29m，流量2.54m3/s，多年平均發(fā)電量150kwh；二級(jí)電站位于陳田水庫(kù)下游3.5公里處的山坡，于1978年建成投產(chǎn)發(fā)電，裝機(jī)容量2×800kw，設(shè)計(jì)水頭89m，流量2.35m3/s，多年平均發(fā)電量350kwh，以上兩座水電站歷經(jīng)30多年的運(yùn)行，而今已是風(fēng)燭殘年，設(shè)備老化不堪，運(yùn)行效率低下，故障頻繁。

2011年國(guó)家出臺(tái)農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造優(yōu)惠政策和資金補(bǔ)助辦法，2013年正式啟動(dòng)第二批農(nóng)村水電增效改造項(xiàng)目，猶如一場(chǎng)及時(shí)雨使得陳田水電站“枯木逢春”，從此陳田水電站拉開了增效擴(kuò)容改造的序幕。以下針對(duì)陳田一、二級(jí)水電站存在問(wèn)題、增效擴(kuò)容改造的必要性、機(jī)電設(shè)備先型，技術(shù)改造帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益必將有力促進(jìn)電站健康和諧發(fā)展。

1 陳田電站存在的主要問(wèn)題

陳田電站運(yùn)行30多年來(lái)，主要設(shè)備嚴(yán)重老化，機(jī)械性能逐年衰減，經(jīng)濟(jì)效益越來(lái)越差，造成單位無(wú)經(jīng)濟(jì)實(shí)力進(jìn)行設(shè)備改造，使得電站機(jī)電設(shè)備存在的問(wèn)題猶顯突出，一級(jí)電站2臺(tái)水輪機(jī)因當(dāng)初選型錯(cuò)誤，主要性能參數(shù)與發(fā)電機(jī)的主要性能參數(shù)不匹配，形成“小馬拉大車”，出力不足，效率低下，水輪機(jī)調(diào)速采用手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，靈敏度較差，水輪機(jī)開度打開至60%時(shí)主軸就會(huì)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，勵(lì)磁機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)火花，故障頻繁，長(zhǎng)期以來(lái)負(fù)荷只能達(dá)到70%，且設(shè)計(jì)流量與二級(jí)電站不匹配。二級(jí)電站2臺(tái)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪嚴(yán)重氣蝕，導(dǎo)水葉間隙偏大，嚴(yán)重漏水，發(fā)電機(jī)絕緣老化，每次機(jī)組要啟動(dòng)時(shí)，都必須進(jìn)行短路烘干數(shù)天或長(zhǎng)時(shí)間上電爐烘干，造成絕緣老化加劇，且浪費(fèi)能源，高壓開關(guān)柜及配電裝置均屬于國(guó)家淘汰產(chǎn)品，性能差，繼電保護(hù)裝置均為電磁式繼電器保護(hù)方式，為獨(dú)立單元保護(hù)，已不能滿足快速、靈敏、選擇性的要求，且維護(hù)量大，需經(jīng)常停運(yùn)檢修，調(diào)速器另部件嚴(yán)重磨損，漏氣、漏油、自動(dòng)化失靈，不能適應(yīng)當(dāng)前水電站的安全運(yùn)行的要求；推力和中導(dǎo)軸承溫度偏高，整體效率低下，負(fù)荷率只能達(dá)到90%，巡視檢查強(qiáng)度大，運(yùn)行人員多，消耗了大量運(yùn)行成本，電站的更新改造是當(dāng)務(wù)之急。如何充分利用增效擴(kuò)容的良好時(shí)機(jī)來(lái)增強(qiáng)電站持續(xù)穩(wěn)定健康發(fā)展？已是擺在這二座運(yùn)行30多年的老舊電站面前不容回避的問(wèn)題。

2 增效擴(kuò)容改造的必要性

陳田電站增效擴(kuò)容改造的必要性主要體現(xiàn)以下幾個(gè)方面：

2.1 充分利用水能資源的需要。通過(guò)對(duì)電站的改造，發(fā)揮潛力，能提升水資源利用率，符合當(dāng)前建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的要求。通過(guò)更新改造，可提高機(jī)組效率，增加可再生的清潔能源，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)有積極意義。

2.2 實(shí)施陳田電站增效擴(kuò)容改造，確保電站持續(xù)健康發(fā)展。陳田電站增效擴(kuò)容改造后，有利于提高本區(qū)域的電能質(zhì)量，促進(jìn)本區(qū)域工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展，推動(dòng)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)意義重大。

2.3 提高應(yīng)急救災(zāi)能力的需要。陳田電站作為陳田水庫(kù)防汛和搶險(xiǎn)救災(zāi)的應(yīng)急備用電源，在應(yīng)急救災(zāi)中將具有重要作用，同時(shí)可有效解決周邊部分群眾用電難的問(wèn)題。

2.4 維護(hù)公共安全的需要。陳田電站投建于上世紀(jì)70-80年代，由于當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)安裝技術(shù)水平低、制造水平及材料限制、產(chǎn)品質(zhì)量差、因陋就簡(jiǎn)，造成先天的安全性能不高。同時(shí)，重建輕管，重索取輕投入，正常的維修養(yǎng)護(hù)不能保證，經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行，設(shè)備老化，設(shè)施陳舊的現(xiàn)象普遍，存在安全隱患。因此，實(shí)施增效擴(kuò)容改造，對(duì)消除公共安全隱患很有必要。

3 增效擴(kuò)容改造，機(jī)電設(shè)備選型至關(guān)重要

合理、科學(xué)選用設(shè)備型號(hào)是確保技改成功的前提。陳田電站這次機(jī)電設(shè)備選型依據(jù)水利部制定的《農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造項(xiàng)目機(jī)電設(shè)備選用指導(dǎo)意見》要求，同時(shí)結(jié)合電站的實(shí)際情況，經(jīng)專家論證后確定選型方案如下：

3.1 水輪發(fā)電機(jī)組

3.1.1 一級(jí)電站：水輪機(jī)型號(hào)選用HL240-WJ-50；設(shè)計(jì)水頭29m，流量1.67m3/s，額定轉(zhuǎn)速750r/min，額定出力407.2kw，發(fā)電機(jī)型號(hào)采用SFW400-8，額定容量400kw，額定電壓0.4kv，功率因數(shù)0.8（滯后），頻率50HZ，相數(shù)三相，額定電流721.7A，額定轉(zhuǎn)速750r/min。

3.1.2 二級(jí)電站原發(fā)電機(jī)容量為2*800kw，現(xiàn)根據(jù)實(shí)際校核及水能的最佳利用，可擴(kuò)容至2*1000kw，水輪機(jī)型號(hào)選用HLJF2058-WJ-60；設(shè)計(jì)水頭89.1m，設(shè)計(jì)流量1.38m3/s，額定轉(zhuǎn)速1000r/min，額定出力1088kw，發(fā)電機(jī)型號(hào)采用SFW1000-6，額定容量為1000kw，額定電壓6.3kv，功率因數(shù)0.8（滯后），頻率50HZ，相數(shù)三相，額定電流114.6A，額定轉(zhuǎn)速1000r/min。

3.2 調(diào)速器：一級(jí)電站選用CYWT-300，二級(jí)電站選用CYWT-600，調(diào)速器均采用儲(chǔ)能型水輪機(jī)操作器，具有手動(dòng)及自動(dòng)開停機(jī)、增減負(fù)荷及帶負(fù)荷運(yùn)行等功能，并網(wǎng)后能根據(jù)永態(tài)轉(zhuǎn)差與頻差自動(dòng)調(diào)整出力，可無(wú)條件、無(wú)擾動(dòng)地進(jìn)行自動(dòng)和手的相互切換，具備如下功能：（1）具有PID調(diào)節(jié)規(guī)律的可編程微機(jī)液壓調(diào)速器，調(diào)速功為1000kg.m，額定操作油壓為16.0Mpa。調(diào)速系統(tǒng)由可編程控器、電液隨動(dòng)系統(tǒng)和油壓裝置三部分構(gòu)成，結(jié)構(gòu)型式為分離式。機(jī)械控制采用全數(shù)字液壓系統(tǒng)，電氣部分采用單元組合及插件標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由可編程控制器實(shí)現(xiàn)，采用囊蓄能式油壓裝置，具有無(wú)需補(bǔ)氣。油壓裝置、調(diào)速器電氣、機(jī)械液壓部分組合成一體。（2）調(diào)速器采用可編程控制器作為調(diào)節(jié)控制核心，并配備液晶觸摸顯示屏作為人機(jī)對(duì)話接口。通過(guò)它可顯示：機(jī)組頻率、頻率給定、電網(wǎng)頻率、導(dǎo)葉給定、頻率模式、開度模式、功率模式、手動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行、機(jī)頻故障、網(wǎng)頻故障、導(dǎo)葉位移傳感器故障、A/D模塊故障、DL位置狀態(tài)、鎖定投入和退出信號(hào)等。同時(shí)可以通過(guò)觸摸屏修改參數(shù)和調(diào)節(jié)參數(shù)，對(duì)調(diào)速器進(jìn)行操作。（3）調(diào)速器系統(tǒng)配備與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)接口的硬件和軟件，便于機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)通訊，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的全自動(dòng)控制。

3.3 進(jìn)水閘閥：一級(jí)電站采用D941X-10DN800；二級(jí)電站采用D941H-16DN600，閘閥在機(jī)組正常停機(jī)或事故停機(jī)時(shí)，應(yīng)可靠關(guān)閉，漏水量應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求，應(yīng)能手動(dòng)和自動(dòng)操作，并具有現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，應(yīng)設(shè)機(jī)械限位保護(hù)裝置。

3.4 主變壓器：選用S11-2500/11/6.3節(jié)能型變壓器，技術(shù)參數(shù)應(yīng)符合GB/76541規(guī)范要求。

3.5 控制、保護(hù)、勵(lì)磁設(shè)備

采用“經(jīng)濟(jì)實(shí)用、簡(jiǎn)單可靠、技術(shù)先進(jìn)、便于擴(kuò)展”的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，達(dá)到少人值守的要求。系統(tǒng)采用先進(jìn)成熟的計(jì)算機(jī)硬件、軟件及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與勵(lì)磁、調(diào)速器、保護(hù)等廠內(nèi)智能設(shè)備進(jìn)行通信、并預(yù)留遠(yuǎn)方調(diào)度接口，采用開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有數(shù)據(jù)采集與處理，運(yùn)行監(jiān)視與事故報(bào)警、控制與調(diào)節(jié)、統(tǒng)計(jì)與制表、系統(tǒng)通信、自診斷與冗余切換、培訓(xùn)仿真系統(tǒng)等基本功能。

一級(jí)電站低壓機(jī)組控制單元采用簡(jiǎn)單的緊湊式一體化結(jié)構(gòu)，將二次測(cè)量、控制、保護(hù)設(shè)備與一次電氣設(shè)備同組一屏，做到一機(jī)一屏。

二級(jí)電站繼電保護(hù)裝置采用微機(jī)保護(hù)，滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性的要求。系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好，抗干擾能力強(qiáng)，軟硬件安全可靠，能適應(yīng)電站現(xiàn)場(chǎng)各種環(huán)境的要求。發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、線路保護(hù)等配置應(yīng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。

勵(lì)磁裝置采用可控硅勵(lì)磁，智能型調(diào)節(jié)器。

4 抓住增效擴(kuò)容改造契機(jī)，促進(jìn)陳田電站全面健康和諧發(fā)展

4.1 增效擴(kuò)容改造必將有力促進(jìn)陳田電站三個(gè)和諧層面全面提升

4.1.1 增效擴(kuò)容改造必將促進(jìn)電站的人與人和諧。發(fā)電企業(yè)健康和諧發(fā)展，人是第一因素，隨著增效擴(kuò)容改造工程的實(shí)施，自動(dòng)化程度的提高，有些崗位將實(shí)行無(wú)人值班或少人值守，電站的管理工作重心也將由運(yùn)行管理轉(zhuǎn)化為維護(hù)管理，這必將倒逼電站對(duì)運(yùn)行人員的崗位和職責(zé)進(jìn)行重新定崗定職，也必須進(jìn)一步理順運(yùn)行人員各崗位的關(guān)系，進(jìn)一步明確各崗位職責(zé)，建立安全運(yùn)行數(shù)字化管理模式，使電站的每位員工在崗位職責(zé)上是個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，在全站安全生產(chǎn)方面又是相輔相成的整體，達(dá)到人與人之間和諧相處。

4.1.2 增效擴(kuò)容改造必須促進(jìn)電站的人與設(shè)備和諧。增效擴(kuò)容改造后，電站的機(jī)電設(shè)備科技含量大幅度提高，管理人員和運(yùn)行人員的技術(shù)業(yè)務(wù)素質(zhì)必須隨之提升。熟練掌握機(jī)電設(shè)備操作是電站員工的基本技能，是杜絕違章操作和誤操作的前提，在人與設(shè)備的關(guān)系中，人是決定因素。電站增效擴(kuò)容改造、設(shè)備更新不單是為了追求經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也要滿足人和設(shè)備安全可靠性的要求，這次改造將融入大量新設(shè)備、新技術(shù)、新材料、新工藝，將大幅度提高電站自動(dòng)化程度，這必將倒逼電站員工主動(dòng)學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技術(shù)、牢牢掌握新設(shè)備的性能。因此，機(jī)電設(shè)備廠家必須對(duì)電站人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，全面提升電站員工的技術(shù)業(yè)務(wù)素質(zhì)，達(dá)到全員具備駕馭新設(shè)備安全運(yùn)行的能力，實(shí)現(xiàn)人與設(shè)備和諧。

4.1.3 增效擴(kuò)容改造必將促進(jìn)電站設(shè)備與設(shè)備和諧。水電站運(yùn)行只有按規(guī)范的程序操作才能保證安全生產(chǎn)，各類機(jī)電設(shè)備只有相互匹配，才能充分發(fā)揮應(yīng)有效能，如果一個(gè)環(huán)節(jié)失調(diào)或一個(gè)設(shè)備故障，都有可能導(dǎo)致全站停產(chǎn)，只有設(shè)備的性能達(dá)到最佳狀態(tài)，才是電站安全生產(chǎn)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，夯實(shí)這個(gè)基礎(chǔ)就是增效擴(kuò)容改造工程的前期論證和方案的編制，必須認(rèn)真對(duì)電站原老舊設(shè)備的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行梳理，針對(duì)存在問(wèn)題和歷年來(lái)積累的經(jīng)驗(yàn)，努力把現(xiàn)代電力生產(chǎn)中的新工藝、新材料、新技術(shù)、新設(shè)備融入到改造的全過(guò)程，則必將事半功倍。隨著增效擴(kuò)容改造工程的精心組織與實(shí)施，可以預(yù)見其必將大大地促進(jìn)陳田電站設(shè)備與設(shè)備的和諧、必將大幅度提高電站運(yùn)行安全性和可靠性，必將推進(jìn)電站全面健康發(fā)展。

4.2 增效擴(kuò)容改造必將有力促進(jìn)陳田電站效益型電站的建設(shè)

發(fā)電企業(yè)追求單位經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也帶來(lái)了社會(huì)效益，一個(gè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益具優(yōu)的電站才是電站自身生存與發(fā)展的要求，經(jīng)過(guò)改造后的陳田一級(jí)電站裝機(jī)容量為2*400kw，容量不增加，但效率可提高10%以上；二級(jí)電站裝機(jī)容量為2*1000kw，增容25%。改造后的二座電站年平均發(fā)電量可增加100萬(wàn)kwh，增長(zhǎng)20%，年均增加經(jīng)濟(jì)收入30萬(wàn)元，可預(yù)見改造后電站將更具有持續(xù)健康發(fā)展，同時(shí)為社會(huì)效益發(fā)揮積極作用。

4.3 增效擴(kuò)容改造必將有力促進(jìn)陳田電站安全型電站的建設(shè)

改造老舊電站、淘汰落后設(shè)備，采用新技術(shù)、新材料、新工藝，全面提升自動(dòng)化程度，本身就是解決存在問(wèn)題和消除安全隱患的過(guò)程，安全就是企業(yè)的生命線，安全就是效益，效益必須依靠安全。本次增效擴(kuò)容改造不但沒(méi)有改變電站原來(lái)的工程特性，對(duì)生態(tài)和環(huán)境保護(hù)有促進(jìn)作用，而且能充分利用水能資源轉(zhuǎn)化為清潔能源，大幅度提高設(shè)備的效率，提升電站安全生產(chǎn)等級(jí)和自動(dòng)化程度，有力地保證電站的安全運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]陳田水庫(kù)水電站增效擴(kuò)容改造工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[Z].

[2]福建省農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造文件匯編[Z].