談象山水電廠技術(shù)改造成果

□ 張修茂

象山水電廠是一座由3臺(tái)6 000千瓦水輪發(fā)電機(jī)組成、總裝機(jī)容量18 000千瓦的小型水力發(fā)電廠，工程座落在黑龍江省黑河市愛(ài)輝區(qū)上馬廠鄉(xiāng)，于1996年10月并網(wǎng)發(fā)電，自并網(wǎng)發(fā)電以來(lái)取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

隨著時(shí)間的推移，象山水電廠的設(shè)備開(kāi)始出現(xiàn)老化現(xiàn)象，原勵(lì)磁系統(tǒng)是電壓源——三相全控整流器勵(lì)磁自并勵(lì)系統(tǒng)。在運(yùn)行過(guò)程中，存在保護(hù)和移相觸發(fā)故障較高和可靠性穩(wěn)定性欠佳等問(wèn)題。原調(diào)速器采用YDT—3000型，是典型的模擬電路形式的電氣液壓式調(diào)速器，在可靠穩(wěn)定性方面明顯存在著電液轉(zhuǎn)換器故障率頻繁等不足。

針對(duì)上述問(wèn)題，本人向廠領(lǐng)導(dǎo)提出技術(shù)改造建議：首先對(duì)勵(lì)磁和調(diào)速器進(jìn)行更新改造，然后再對(duì)同期系統(tǒng)進(jìn)行改造。此建議得到了廠領(lǐng)導(dǎo)的支持。

本次改造可編程序勵(lì)磁裝置采用的是廣西南寧發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)的PLC勵(lì)磁控制器。它是以微處理器技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制而發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)控制器。隨著集成電路芯片的飛速發(fā)展，PLC產(chǎn)品平均每3～5年更新一次，其處理器速度不斷提高，功能不斷完善，完全能滿足中小型水輪發(fā)電機(jī)組對(duì)勵(lì)磁控制和調(diào)節(jié)的要求。PLC與計(jì)算機(jī)控制相比，有許多明顯的優(yōu)越性：在硬件設(shè)計(jì)上，不用作接口設(shè)計(jì)，只需選用標(biāo)準(zhǔn)化組件，積木化結(jié)構(gòu)，且I/O模塊豐富，擴(kuò)展容易。軟件方面，有針對(duì)面向過(guò)程控制的高級(jí)語(yǔ)言，在線調(diào)試容易，不需專業(yè)程序員。對(duì)環(huán)境要求低，與一般電器儀表相同。利用PLC的邏輯判斷功能還可很容易地實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜運(yùn)行工況的識(shí)別和處理，可方便地實(shí)現(xiàn)邏輯閉鎖，其自動(dòng)處理功能完全能保證主設(shè)備的安全，同時(shí)還能減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高電能質(zhì)量。

調(diào)速器是水電廠的重要控制設(shè)備，其運(yùn)行的好壞直接影響到水輪發(fā)電機(jī)組的安全和可靠運(yùn)行。因此，可靠性的高低是衡量調(diào)速器質(zhì)量的主要指標(biāo)。為了提高調(diào)速器的可靠性，廠里決定將YDT—3000型電液調(diào)速器改造成微機(jī)調(diào)速器，以便與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)有效結(jié)合，提高電廠自動(dòng)化水平。改造的調(diào)速器達(dá)到了電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，手動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)擾動(dòng)，液壓隨動(dòng)系統(tǒng)更換為比例伺服閥或數(shù)字閥。

三臺(tái)機(jī)組調(diào)速器和勵(lì)磁改造前起機(jī)至并網(wǎng)全過(guò)程需要6～7分鐘，改造后只須1分零2秒，大大降低了機(jī)組空載耗水率，提高了機(jī)組接待負(fù)荷速度，調(diào)速器、勵(lì)磁全年無(wú)臨檢工作，工作可靠性達(dá)到100%。如遇因系統(tǒng)事故、雷擊以及誤發(fā)所導(dǎo)致的故障，調(diào)速器、勵(lì)磁都能快速地將機(jī)組穩(wěn)定在空載及關(guān)機(jī)狀態(tài)，保證設(shè)備安全，通過(guò)幾項(xiàng)大的技術(shù)指標(biāo)證明，調(diào)速器、勵(lì)磁改造是成功的。

原廠同期系統(tǒng)屬常規(guī)邏輯繼電器控制，模擬電路形式，其所配自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置ZZQ—3B采用的是上世紀(jì)80年代的替換產(chǎn)品，該裝置自1997年投運(yùn)以來(lái)陸續(xù)暴露出一系列問(wèn)題，表現(xiàn)在：調(diào)節(jié)速度慢、精度差、參數(shù)調(diào)整難，而目前調(diào)速、勵(lì)磁系統(tǒng)已經(jīng)完成了計(jì)算機(jī)控制改造，該裝置已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能與之相配套。廠里從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展角度考慮，經(jīng)反復(fù)論證，認(rèn)為有必要將同期裝置改造為微機(jī)同期裝置。在選型上，本著安全、穩(wěn)定、可靠的原則及性價(jià)比，最終確定了深圳智能設(shè)備公司開(kāi)發(fā)的SID—2CM同期裝置。該裝置具有自動(dòng)識(shí)別并列點(diǎn)斷路器并網(wǎng)性質(zhì)的功能，在差頻并網(wǎng)時(shí)精確的數(shù)學(xué)模型，確保裝置能絕不遺漏地捕捉到第一次出現(xiàn)的并網(wǎng)時(shí)機(jī)，并精確地在相角差為零度時(shí)完成無(wú)沖擊并網(wǎng)。因此SID—2CM把并網(wǎng)速度及精度提高到了極值，同時(shí)，SID—2CM同期裝置自帶485接口，可與上位機(jī)通訊，完成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的采集任務(wù)。

之后我再次針對(duì)電廠直流電源等元器件老化問(wèn)題提出改造方案。根據(jù)廠內(nèi)的實(shí)際情況，本人主持對(duì)電廠直流電源進(jìn)行改造，主要工作有：機(jī)組自動(dòng)化元件更換、水輪機(jī)改造、監(jiān)控系統(tǒng)改造、小機(jī)組調(diào)速器改造、監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)水口遠(yuǎn)程站更換、機(jī)組制動(dòng)器改造、繼電保護(hù)故障信息管理子站建設(shè)、三臺(tái)機(jī)流量計(jì)測(cè)量裝置改造、線路出口、主變開(kāi)關(guān)更換等。

項(xiàng)目投產(chǎn)建成后，優(yōu)化了配置，減少了故障發(fā)生機(jī)率，縮短了事故和故障的處理時(shí)間，提高了機(jī)組的利用效率，確保了機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行，綜合生產(chǎn)能力大大加強(qiáng)，增強(qiáng)了職工工作的安全性，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到了節(jié)省人力的目的，增加發(fā)電量30%，從理論上說(shuō)，年設(shè)計(jì)發(fā)電量可達(dá)到5 300萬(wàn)千瓦時(shí)。增加銷(xiāo)售收入350萬(wàn)元，減少了不必要的成本約80萬(wàn)元。

表一：象山水電廠近三年來(lái)各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

通過(guò)以上幾輪技術(shù)改造，給企業(yè)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益， 2011年運(yùn)行期間機(jī)組啟停次數(shù)較少，運(yùn)行中反饋的問(wèn)題不多，機(jī)組運(yùn)行良好；2012年春季檢修電器部分為常規(guī)維護(hù)，從6月19日發(fā)電10月29日停機(jī)，主設(shè)備故障率為零，附屬設(shè)備的故障率也低于總廠考核標(biāo)準(zhǔn)，主要設(shè)備問(wèn)題消缺后，達(dá)到了技術(shù)要求，保證了機(jī)組全年安全運(yùn)行。2013年豐富的水力資源，滿足了三臺(tái)機(jī)組滿負(fù)荷工作，從近三年的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可見(jiàn)，特別是發(fā)電量猛增的2013年，含設(shè)備維護(hù)費(fèi)在內(nèi)的管理費(fèi)卻連年減少。

象山水電廠技術(shù)改造所產(chǎn)生的社會(huì)效益同樣也是顯著的，周?chē)鷰讉€(gè)水電企業(yè)也紛紛進(jìn)行技術(shù)改造，也均取得了良好的效果。水電廠一般都建在距離城市較遠(yuǎn)的山區(qū)，生活環(huán)境艱苦，24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器必需有人在崗值守，所以很有必要通過(guò)技術(shù)手段減輕值機(jī)人員的工作強(qiáng)度。

水電廠技術(shù)改造的發(fā)展方向是“無(wú)人值班，少人值守”，達(dá)到不需要上山值班，通過(guò)減員達(dá)到增效，通過(guò)現(xiàn)代高科技手段提高現(xiàn)代發(fā)電企業(yè)運(yùn)行效率，減輕水電廠工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。