水電廠電氣設(shè)備系統(tǒng)的改造技術(shù)

劉渝

（紅河廣源水電開(kāi)發(fā)有限公司云南省紅河哈尼族彝族自治州　661100）

水電廠電氣設(shè)備系統(tǒng)的改造技術(shù)

劉渝

（紅河廣源水電開(kāi)發(fā)有限公司云南省紅河哈尼族彝族自治州661100）

當(dāng)前很多水電廠都存在控制系統(tǒng)安全系數(shù)低、控制系統(tǒng)老化等問(wèn)題，為了滿足水電廠的使用要求，保證電氣設(shè)備運(yùn)行的安全性需要對(duì)原有的電氣設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行改造?；诖藢?duì)水電廠電氣設(shè)備系統(tǒng)的改造技術(shù)進(jìn)行探討。

水電廠；電氣設(shè)備系統(tǒng)；改造技術(shù)

引言

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)過(guò)程中，電力能源發(fā)揮著重要的作用，在保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面發(fā)揮著重要的作用。電能的產(chǎn)生、配送和使用均是在一瞬間完成的，對(duì)功率平衡的要求比較高。合理的電氣設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)水電廠的安全性有比較大的影響，所以需要充分做好水電廠電氣設(shè)備系統(tǒng)的升級(jí)改造。

1　案例介紹

某水電廠總設(shè)計(jì)庫(kù)容為3412m3，總裝機(jī)容量為2伊10MW，年平均發(fā)電量為5129萬(wàn)kW/h，電廠使用二回35kV出線，然后將電能輸送到距離電廠8.2km和19km的A、B兩個(gè)變電所。水電廠投運(yùn)至今所使用的設(shè)備已經(jīng)不能滿足使用要求，對(duì)電廠也造成了比較大的經(jīng)濟(jì)損失。為了提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性需要對(duì)設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2　水電廠關(guān)于電氣設(shè)備的升級(jí)改造

公司技術(shù)人員與設(shè)計(jì)單位相關(guān)人員對(duì)趙山渡發(fā)電廠現(xiàn)場(chǎng)情況作了仔細(xì)勘察并進(jìn)行詳細(xì)的探討后，根據(jù)目前該電廠電氣設(shè)備領(lǐng)域控制系統(tǒng)性能不高，設(shè)備老舊，安全系數(shù)低及技術(shù)落后等現(xiàn)狀，重點(diǎn)對(duì)電氣綜合保護(hù)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)、供排水控制系統(tǒng)及高低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備等方面提出了升級(jí)改造方案。

2.1計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)改造

該發(fā)電廠綜合自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的改造在滿足無(wú)人值守或少人值守的要求下，拆除包括計(jì)算機(jī)主機(jī)、現(xiàn)地控制單元等設(shè)備在內(nèi)的原有計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，包括變送器屏、集中控制臺(tái)、中央音響屏和機(jī)旁自動(dòng)屏等設(shè)備在內(nèi)的常規(guī)監(jiān)控設(shè)備，改造成以計(jì)算機(jī)控制作為主要監(jiān)控方式，常規(guī)設(shè)備控制為輔助監(jiān)控方式的監(jiān)控系統(tǒng)。改造完成后，該發(fā)電廠的日常運(yùn)行全部由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)完成，操作員工作站按照雙重化標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置[1]。改造完成后的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具備現(xiàn)地控制層和發(fā)電廠控制層兩項(xiàng)功能。發(fā)電廠控制層成為電廠的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制中心，擔(dān)負(fù)整個(gè)發(fā)電廠的自動(dòng)化功能，采集和處理來(lái)自現(xiàn)地控制層的數(shù)據(jù)，制作重要設(shè)備的運(yùn)行檔案、各類運(yùn)行參數(shù)和各類運(yùn)行報(bào)表等。同時(shí)對(duì)全站的人機(jī)對(duì)話，設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視，事故及故障報(bào)警，人工干預(yù)運(yùn)行設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)采集過(guò)來(lái)的各類參數(shù)的設(shè)置與修改、現(xiàn)地控制層和發(fā)電廠區(qū)調(diào)管理系統(tǒng)、水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行通信?，F(xiàn)地控制層按照被控對(duì)象性質(zhì)配置三套現(xiàn)地控制單元（LCU），包括機(jī)組LCU兩套，升壓站及公用設(shè)備LCU一套。在主廠房發(fā)電機(jī)層機(jī)組旁配置機(jī)組LCU；在中控室配置升壓站及公用設(shè)備LCU。改造完成后在中央控制室配置計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主站（包括網(wǎng)絡(luò)柜）、公用LCU屏（雙屏）、在升壓站及主廠房運(yùn)行層機(jī)旁配置裝備有測(cè)量發(fā)電機(jī)電壓、電流、電能等參數(shù)變化的變送器和多種功能電測(cè)儀表的機(jī)組LCU屏。

2.2電氣綜合保護(hù)系統(tǒng)改造

根據(jù)發(fā)電廠電氣綜合保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全微機(jī)保護(hù)的改造要求，將采用繼電器保護(hù)裝置的設(shè)備全部更換，包括主變保護(hù)屏、原發(fā)電機(jī)保護(hù)屏以及廠用變保護(hù)回路等設(shè)備；同時(shí)配備有本世界90年代早期微機(jī)保護(hù)裝置的35kV線路保護(hù)，會(huì)導(dǎo)致通信接口不一致以及備品備件采購(gòu)困難等一系列問(wèn)題，所以也需要對(duì)其進(jìn)行改造。微機(jī)元件保護(hù)裝置作為改造后的發(fā)電廠元件保護(hù)裝置具有與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信接口的功能，技術(shù)先進(jìn)，可靠性高。發(fā)電廠電氣設(shè)備微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)由35kV主變壓器保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、6kV廠用變壓器保護(hù)、35kV線路保護(hù)組成。根據(jù)電力系統(tǒng)的配置要求，35kV線路微機(jī)保護(hù)裝置推薦采用南京南瑞最新的RCS系列線路微機(jī)保護(hù)裝置.布置于中央控制室的四面保護(hù)屏是發(fā)電廠微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的主要組成部分[2]。每臺(tái)發(fā)電機(jī)配備一面裝備有發(fā)電機(jī)全套微機(jī)保護(hù)裝置和斷路器操作的繼電器箱保護(hù)屏，主變壓器配備斷路器操作的繼電器箱保護(hù)屏和一面裝備有一套完整的35kV雙圈變壓器微機(jī)保護(hù)裝置；二回35kV線路保護(hù)配備保護(hù)屏一面；由于6kV廠用變微機(jī)保護(hù)裝置安裝在主變保護(hù)屏上，所以不需要單獨(dú)配備保護(hù)屏。

2.3供排水控制系統(tǒng)改造

滲漏排水泵，檢修排水泵以及消防供水泵在改造完成后均采用獨(dú)立PLC和軟啟動(dòng)裝置控制，安裝水井（或水池）變送器獨(dú)立組一面屏，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與升壓站和公用設(shè)備現(xiàn)地控制單元進(jìn)行連接，完成數(shù)據(jù)交換和上位機(jī)操作指令的傳送任務(wù)；包含三臺(tái)油泵（兩大一?。┑恼{(diào)速器控制系統(tǒng)采用PLC控制，將其集成于一面控制屏內(nèi)。將機(jī)組冷除濕器、機(jī)組卻風(fēng)機(jī)、加熱器控制系統(tǒng)，高壓頂起油泵、漏油泵控制系統(tǒng)，機(jī)組軸承潤(rùn)滑油泵和供水閥控制系統(tǒng)分別集成在一面控制屏內(nèi)。水泵PLC控制柜和空壓機(jī)PLC控制柜在改造完成后分別放置于水泵房與空壓機(jī)室相對(duì)應(yīng)的位置，其余輔機(jī)控制柜可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行放置，允許進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整從而實(shí)現(xiàn)整臺(tái)設(shè)備的安全及最大使用效率。

2.4高低壓開(kāi)關(guān)柜等設(shè)備的改造

將發(fā)電廠原有的8臺(tái)GBC-35型35kV高壓開(kāi)關(guān)柜拆除，更新為現(xiàn)階段技術(shù)更為先進(jìn)、安全性能更為可靠的KYN系列柜型，對(duì)于兩種柜型在設(shè)備配置和外形尺寸等方面存在的差異，改造以后啟用11臺(tái)35kV高壓開(kāi)關(guān)柜；由于存在樓板開(kāi)孔的問(wèn)題，在進(jìn)行改造時(shí)開(kāi)關(guān)柜底部出線孔應(yīng)盡可能利用原有的樓板開(kāi)孔。

綜上所述，進(jìn)行下一步施工圖設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)開(kāi)關(guān)柜的布置方式進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，5kV開(kāi)關(guān)柜建議選用KYN-40.5柜型，這種柜型的開(kāi)關(guān)柜具有如下特點(diǎn)：淤該柜型柜體采用抗腐蝕高強(qiáng)度的敷鋁鋅板雙重折彎成型，由螺栓和拉鉚螺母進(jìn)行連接，整個(gè)柜體沒(méi)有焊接；于該柜型結(jié)構(gòu)采用復(fù)合絕緣或空氣絕緣形式，結(jié)合最優(yōu)化的電場(chǎng)設(shè)計(jì)，柜體結(jié)構(gòu)緊湊、柜體寬度僅為1.2m，占地面積??；盂該柜型采用查詢式“五防”連鎖機(jī)構(gòu)，配備有性能安全可靠的閉鎖裝置，能夠有效防止一些操作失誤，保證設(shè)備與人身的安全，使運(yùn)行更穩(wěn)定可靠，操作更方便靈活；榆該柜型開(kāi)關(guān)柜具有手車室、繼電器儀表室、電纜室、母線室四部分，各部分通過(guò)接地的金屬隔板實(shí)現(xiàn)完全隔離，可以有效阻止電弧延伸，確保在內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)相鄰隔室不會(huì)受到影響，將故障影響范圍控制在最小。柜體與柜體間的母線室通過(guò)母線套管和分隔板實(shí)現(xiàn)相互隔離，從而控制相鄰柜體之間內(nèi)部故障電弧產(chǎn)生的影響；虞該柜型柜體內(nèi)配備有手車進(jìn)出操作靈活方便的新型全絕緣真空斷路器；愚該柜型開(kāi)關(guān)柜殼體的防護(hù)等級(jí)為IPX4，發(fā)電廠原機(jī)組配套的自動(dòng)化元件，包括位置開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)、電磁閥、示流信號(hào)器等，存在性能不完善或安全運(yùn)行可靠性不足等問(wèn)題，不能達(dá)到計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)精確的要求標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)行增減、補(bǔ)充或者更換。

發(fā)電廠原有的氣、油、水系統(tǒng)非電量監(jiān)測(cè)變送器，配置不健全或根本沒(méi)有進(jìn)行配置，所以需要重新進(jìn)行配置。關(guān)于自動(dòng)化元件推薦采用合資或者進(jìn)口品牌的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。此外，發(fā)電廠還需配備一套弱電防雷系統(tǒng)以防止發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和電氣保護(hù)系統(tǒng)遭受雷電的損害。該防雷系統(tǒng)由通信線路防雷、電源線路防雷、等電位接地和信號(hào)線路防雷這四個(gè)部分組成，保證發(fā)電廠的弱電系統(tǒng)在強(qiáng)雷電環(huán)境下正常穩(wěn)定的工作。另外，在對(duì)部分二次電纜進(jìn)行更換或者調(diào)整時(shí)，根據(jù)計(jì)算機(jī)監(jiān)控和微機(jī)保護(hù)裝置系統(tǒng)的要求，應(yīng)采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)專用的屏蔽電纜。同時(shí)，電纜和設(shè)備改造后須根據(jù)消防要求，使用防火包或防火堵燃材料對(duì)通道和電纜孔洞采取必要的阻斷措施，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的安全運(yùn)行。

3　結(jié)論

通過(guò)對(duì)水電廠電氣設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，有效提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性以及設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化水平，保證了設(shè)備的高效率運(yùn)行，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，值得類似工程借鑒引用。

[1]《水力發(fā)電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》（DL/T5081-2007）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007：34.

[2]薛勤榮.淺談小型水電站設(shè)計(jì)及設(shè)備配置[J].機(jī)電信息，2011（24）：173～ 174.

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1673-0038（2015）49-0285-02

2015-11-2

劉渝（1986-），男，云南建水人，助理工程師，本科，研究方向?yàn)樗姎饧夹g(shù)。