完善設(shè)計 優(yōu)化施工實現(xiàn)改造、供水、發(fā)電共贏

李昶恒，孔虎泰，牛曉紅

(東武仕水電站，河北 邯鄲 056000)

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完善設(shè)計 優(yōu)化施工實現(xiàn)改造、供水、發(fā)電共贏

李昶恒，孔虎泰，牛曉紅

(東武仕水電站，河北 邯鄲 056000)

摘要：水電站在增效擴(kuò)容項目機(jī)電設(shè)備改造時，在項目申報之初，應(yīng)正確做出詳盡的、切實可行的方案設(shè)計和概預(yù)算，給項目的申報和資金的籌措提供基礎(chǔ)資料；施工之前再結(jié)合項目的特殊性，制定出一個完整的系統(tǒng)的施工組織設(shè)計，確保舊設(shè)備的拆除、新設(shè)備的安裝能適應(yīng)項目的實際要求并順利實施，滿足正常運行要求。

關(guān)鍵詞：水電站；增效擴(kuò)容；完善設(shè)計；優(yōu)化施工

1概述

1.1電站概況

東武仕水電站位于河北省磁縣以西約7 km的東武仕村，是東武仕水庫水利樞紐工程的一個組成部分，屬壩后式電站。電站自1971年開始建設(shè)，于1975年2月正式投產(chǎn)運行，裝機(jī)容量2×3 200 kW，設(shè)計水頭28.9 m，設(shè)計流量25.2 m3/s，多年平均發(fā)電量1 000萬kW·h。發(fā)電機(jī)的出線電壓為6.3 kV,升壓至35 kV后可通過2條輸電線路與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)并列運行。

1.2改造的必要性和緊迫性

從建站投產(chǎn)到2012年，電站已運行37 a，機(jī)電設(shè)備均已超過設(shè)計使用年限。機(jī)組磨損、銹蝕、氣蝕嚴(yán)重，綜合效率降至65.8%～70.5%；附屬設(shè)備自動化程度低、能耗高、故障多，每年因設(shè)備故障搶修的次數(shù)越來越多，電站的設(shè)備更新改造已勢在必行。新推出的農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造政策給東武仕電站帶來了新的希望和重生的契機(jī)。電站抓住機(jī)遇，細(xì)心謀劃，密切配合設(shè)計和施工單位，認(rèn)真落實各項前期工作，安排好施工組織，為順利實施增效擴(kuò)容改造奠定了基礎(chǔ)。

1.3改造的過程及效果

本工程從2012年開始初設(shè)，年底通過省水利廳、財政廳聯(lián)合批復(fù)。2013年，成立了東武仕水電站增效擴(kuò)容改造建設(shè)處負(fù)責(zé)本項目實施，同時抽調(diào)電站技術(shù)人員參與了技施設(shè)計，做了大量的設(shè)備更新改造調(diào)研工作。2014年年初，開始進(jìn)行招投標(biāo)工作，7月合同全部簽訂完畢，施工單位和監(jiān)理進(jìn)場，改造工作全面展開；于2014年12月28日完成全部工程，2015年1月進(jìn)行了完工驗收并成功投入試生產(chǎn)運行。改造后的效果達(dá)到了財政部、水利部相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，取得了良好的改造效果。

2前期工作的關(guān)鍵

在整個設(shè)計和招投標(biāo)過程中，電站技術(shù)人員充分發(fā)揮對電站設(shè)備及運行情況熟悉的優(yōu)勢，全力與設(shè)計、招標(biāo)代理公司合作，使選購的設(shè)備在保證技術(shù)先進(jìn)性、質(zhì)量可靠性的基礎(chǔ)上，能夠充分與電站實際運行情況相吻合，實現(xiàn)全站設(shè)備的高效、安全、經(jīng)濟(jì)運行。

2.1合理確定改造范圍

根據(jù)電站設(shè)備的現(xiàn)狀，結(jié)合國家改造資金補助政策，為了把有限的資金用在最需要的地方，電站專門抽出技術(shù)人員配合設(shè)計院，對所有設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)的分析與評價，對設(shè)備改造的迫切性進(jìn)行了排序。

2.1.1水輪機(jī)磨損嚴(yán)重、效率降低

電站水輪機(jī)組為20世紀(jì)70年代設(shè)計制造的普通轉(zhuǎn)輪，經(jīng)多年運行，機(jī)組綜合效率已降到70%以下。水輪機(jī)操控機(jī)構(gòu)不靈活，轉(zhuǎn)動部件磨損間隙大，設(shè)備銹蝕嚴(yán)重，上導(dǎo)軸承油盆甩油加劇，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)漏水量大，機(jī)組振動及噪音增強(qiáng)，運行狀態(tài)不穩(wěn)定等問題，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運行，降低了電站的發(fā)電效益。其效率與目前的新型高效轉(zhuǎn)輪相差達(dá)20%，故列為更新對象。

2.1.2電氣設(shè)備老化嚴(yán)重、能耗高、安全隱患多

電站的變壓器介損嚴(yán)重超標(biāo)，屬高損耗淘汰產(chǎn)品，已不能保障安全經(jīng)濟(jì)運行；其他一次設(shè)備，特別是6.3 kV和35 kV開關(guān)設(shè)備，都是六七十年代生產(chǎn)的開敞式無防護(hù)型設(shè)備，絕緣老化，運行超溫、滲油嚴(yán)重，性能差，誤動拒動及開關(guān)跳合閘線圈燒毀等故障頻頻發(fā)生，給安全生產(chǎn)帶來諸多隱患。與目前升級的電氣、開關(guān)設(shè)備技術(shù)先進(jìn)性和安全性存在很大差距，故列為改造對象。2.1.3控制保護(hù)設(shè)備技術(shù)普遍落后，自動化水平低

電站勵磁、調(diào)速、監(jiān)控、保護(hù)及水機(jī)自動化系統(tǒng)由于技術(shù)落后、設(shè)備陳舊、自動化水平低，運行調(diào)度動作不可靠，無論是響應(yīng)速度還是調(diào)節(jié)性能都無法滿足電網(wǎng)調(diào)度和安全生產(chǎn)的要求，選購備品備件和維護(hù)檢修困難。與現(xiàn)在采用的無人值班(少人值守)系統(tǒng)技術(shù)差距太大，故列為改造內(nèi)容。2.1.4發(fā)電機(jī)部分雖有老化，但仍有運行利用空間

定子及轉(zhuǎn)子線圈絕緣雖有老化，但結(jié)合機(jī)組很少在滿負(fù)荷區(qū)域運行、設(shè)備利用小時數(shù)低等情況，查閱核對歷年預(yù)防性試驗報告，試驗項目數(shù)據(jù)合格，仍有運行利用空間；故只有發(fā)電機(jī)未列入改造對象而列大修處理。

2.2設(shè)計等前期工作中抓住以下主要環(huán)節(jié)

2.2.1增效的關(guān)鍵是采用高效轉(zhuǎn)輪

在水輪機(jī)選型中，為結(jié)合電站工農(nóng)業(yè)供水的不同方式，選配更好的轉(zhuǎn)輪方案，我們專門聯(lián)系中國水科院，利用電站多年統(tǒng)計的技術(shù)數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)階段運行方式，對2臺機(jī)組分別進(jìn)行了不同運行工況的測定，取得第一手技術(shù)資料數(shù)據(jù)。依據(jù)2臺機(jī)組新的運行工況要求，1號機(jī)組在流量4.5 m3/s時能長期安全、穩(wěn)定、高效運行；2號機(jī)在額定水頭30 m時，機(jī)組出力達(dá)到3 200 kW，且高效運行。水科院通過對新開發(fā)的JF36系列水輪機(jī)模型試驗，對JF3637B—35和JF 3653—35模型水輪機(jī)進(jìn)行CFD計算，得出這2個型號水輪機(jī)的速度和壓力等分布合理，流動理想，具有優(yōu)良的水力性能，能滿足電站2臺機(jī)組新的運行工況要求。同時，將原16個活動導(dǎo)葉改為24個活動導(dǎo)葉，使進(jìn)水環(huán)流與改造后的轉(zhuǎn)輪更加匹配，提高了水流的環(huán)流特性，減小了水力損失，提高了效率。

2.2.2全面更新變配電設(shè)備

更新變壓器為新型低能耗的S11系列變壓器。在升壓站設(shè)備采用組合電器或分體式電器設(shè)計方案上，根據(jù)電站的實際運行方式和現(xiàn)有的升壓站場地，經(jīng)過相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員論證及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析，35 kV升壓站電器設(shè)備選定為分體式電器設(shè)備。拆除原升壓站現(xiàn)澆混凝土構(gòu)架，更換成直徑300等徑桿結(jié)構(gòu)；更新母線導(dǎo)線、真空斷路器、隔離開關(guān)等電器設(shè)備。在保證設(shè)備各項功能不變的情況下節(jié)約資金175萬元。

2.2.3確保實現(xiàn)無人值班(少人值守)

設(shè)計之初就本著無人值守(少人值班)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，將全站的公用系統(tǒng)及有關(guān)設(shè)備進(jìn)行符合自動控制系統(tǒng)要求的改造，使上位機(jī)能夠采集到相關(guān)設(shè)備的各種信息數(shù)據(jù)；并根據(jù)數(shù)據(jù)分析做出對應(yīng)的指令反饋到各相應(yīng)設(shè)備，使之采取有效動作。在保證勵磁系統(tǒng)和調(diào)速器系統(tǒng)與保護(hù)控制系統(tǒng)良好對接的基礎(chǔ)上，對蝴蝶閥、冷卻水、壓縮空氣等系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)采集反饋改造，使它們能與上位機(jī)良好配合，從信息采集到最終執(zhí)行操作，實現(xiàn)真正意義上的一鍵開機(jī)和關(guān)機(jī)。

2.3抓好招標(biāo)文件的編制

為了選擇技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠且性價比高的機(jī)電設(shè)備，電站技術(shù)人員進(jìn)行了大量的設(shè)備考察和比選，為招標(biāo)文件的編制做了大量的基礎(chǔ)性工作。

2.3.1技術(shù)條款方面

編制設(shè)備招標(biāo)書的技術(shù)條款時有針對性的對設(shè)備技術(shù)先進(jìn)性、質(zhì)量可靠性和適用性提出適合電站實際運行環(huán)境的要求(針對環(huán)境防腐)；對設(shè)備之間的銜接性和配套性提出具體要求(各設(shè)備之間的接口標(biāo)準(zhǔn)一致)，對配套設(shè)備廠家之間互負(fù)的責(zé)任及配套對接設(shè)備的主導(dǎo)單位進(jìn)行了明確(在招標(biāo)文件中明確了由自動化設(shè)備的中標(biāo)單位負(fù)責(zé)與各銜接設(shè)備的配套性問題，進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一安排，即各設(shè)備接口要一致，以滿足將來各設(shè)備的連接協(xié)調(diào)及配合一致性，達(dá)到一鍵開、關(guān)機(jī)要求)。

2.3.2投標(biāo)人方面

在保證投標(biāo)人正常權(quán)力的同時，合理提高投標(biāo)人的準(zhǔn)入門檻或信譽好的投標(biāo)人的分值，避免劣等廠家采取非正常手段競標(biāo)。

2.3.3具體要求方面

提出電站實際運行中的特殊狀況和具體要求，對能滿足此要求的適當(dāng)加強(qiáng)分值，確保所選設(shè)備技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠，適合電站實際情況。

3細(xì)化施工組織設(shè)計

3.1電站放水發(fā)電的特點

由于水庫來水量的變化和下游邯鄲工業(yè)用水方式的轉(zhuǎn)變，電站由原來的防汛和灌溉季節(jié)性放水發(fā)電改為常年小流量放水發(fā)電的方式；即為保工業(yè)用水，電站需不間斷持續(xù)放水，即使采取措施也不能斷流超過6 h。

3.2施工組織細(xì)化優(yōu)化

經(jīng)審核安裝單位提交的施工組織設(shè)計，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)不能滿足電站運行現(xiàn)狀的要求，尤其在電氣設(shè)備安裝時(低壓配電柜、高壓開關(guān)柜、升壓站設(shè)備及自動化設(shè)備等電氣設(shè)備)電站廠房需大面積、長時間停電，這將造成電站停水?dāng)嗔?，與確保邯鄲市工業(yè)供水的宗旨相悖。為解決這一問題，我們與安裝單位進(jìn)行深度協(xié)商，利用電站技術(shù)人員對設(shè)備充分熟悉的優(yōu)勢，與安裝單位一起優(yōu)化了施工組織設(shè)計，由電站抽出技術(shù)人員協(xié)助安裝單位進(jìn)行電氣和自動化設(shè)備的安裝。

3.2.1制定切實可行的間隙放水發(fā)電運行方式

為保證施工期間不斷流，依據(jù)原掌握的下游渠道調(diào)蓄能力，將目前不間斷的4.5 m3/s的放水流量，改為開機(jī)6 h(放水流量9 m3/s)，停機(jī)6 h的間隙放水發(fā)電運行方式；并隨著調(diào)水流量的變化，做相應(yīng)調(diào)整，以確保施工同時不影響下游供水。

3.2.2優(yōu)化實施方案(以低壓配電柜拆除安裝方案為例)

原方案是將6面低壓配電柜全面停電后拆除、安裝。我們進(jìn)行分析后修改為：將Ⅰ段和Ⅱ段分開，分步、分段、漸進(jìn)，新老設(shè)備交替運行的實施方案。即先將Ⅰ段和Ⅱ段母線斷開連接，將Ⅰ段控制柜拆除挪離原位后，改由1號廠變直接接Ⅰ段控制柜供電，保證機(jī)組運行時有一路電源供電，同時運行人員加強(qiáng)值班；然后將其余5面配電柜拆除，將新6面柜安裝到位后，將原電纜對應(yīng)接好，再將Ⅰ段切換到Ⅱ段投入運行，將1號廠變接回新Ⅰ段控制柜，此時6面低壓柜全面改造完成。6面低壓柜的改造只用了2 d時間就改造到位，經(jīng)各路開關(guān)試驗均正常，無異?，F(xiàn)象。同理，我們將高壓開關(guān)柜、升壓站電氣設(shè)備和主控室自動化設(shè)備都一一進(jìn)行了方案優(yōu)化，確保了施工的同時不影響正常供水發(fā)電。

4改造的效果

4.1實現(xiàn)了提高效率、增加發(fā)電量的目標(biāo)

在改造后試運行期間，我們做了測試，2臺機(jī)組在相同水頭和流量下，發(fā)電機(jī)出力均增加200～250 kW，效率增加20%以上。農(nóng)業(yè)供水機(jī)組出力在庫水位107 m時由原來的2 800 kW升到3 300 kW，達(dá)到了設(shè)計要求。

4.2真正實現(xiàn)了無人值班(少人值守)的目標(biāo)

電站合理有效利用增效擴(kuò)容改造資金，制定了除發(fā)電機(jī)之外全站所有設(shè)備徹底更新改造的方案，避免了新老設(shè)備接合中出現(xiàn)互不兼容，明確了各設(shè)備的銜接性和配套性問題，最大范圍內(nèi)實現(xiàn)了主機(jī)和輔機(jī)密切配合、協(xié)調(diào)一致，達(dá)到了一鍵開、停機(jī)及故障、事故時自動解列空轉(zhuǎn)或停機(jī)的目的。

4.3實現(xiàn)了改造、供水、發(fā)電共羸

在大范圍的設(shè)備拆除和安裝調(diào)試過程中，由于精細(xì)的施工組織設(shè)計，不但使工程按期完成，還確保了正常的工業(yè)供水和電站發(fā)電，供水量1.99億m3，發(fā)電量1 001萬 kW·h，收入600多萬元(含近區(qū)供電收入)。

5建議

增效擴(kuò)容項目是一個設(shè)備技術(shù)更新改造項目，每個項目和改造內(nèi)容有各自的特殊性，與新建項目不同，在編制項目預(yù)算時應(yīng)考慮到每個項目的特殊性，而不能統(tǒng)一依據(jù)新建項目標(biāo)準(zhǔn)編制項目概算。增效擴(kuò)容改造過程中應(yīng)充分調(diào)動項目業(yè)主的積極性，發(fā)揮運用好項目業(yè)主的技術(shù)力量，能夠達(dá)到事半功倍的效果。

目前增效擴(kuò)容改造工程中，設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢測任務(wù)繁重，但水利行業(yè)內(nèi)部相對檢測調(diào)試隊伍偏少，力量薄弱，我們應(yīng)該加強(qiáng)自身行業(yè)內(nèi)部機(jī)電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢測隊伍的培養(yǎng)，做好機(jī)電設(shè)備監(jiān)督監(jiān)測工作。

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責(zé)任編輯吳昊

作者簡介：李昶恒(1963-)，男，教授級高級工程師，主要從事水利工程管理工作。

收稿日期：2016-01-05

E_mail：dzkht73@163.com