趙山渡電廠電氣設(shè)備的技術(shù)改造

張 浩，曹倬人（浙江珊溪經(jīng)濟發(fā)展有限責任公司，浙江 溫州 325211）

趙山渡電廠電氣設(shè)備的技術(shù)改造

張 浩，曹倬人
（浙江珊溪經(jīng)濟發(fā)展有限責任公司，浙江 溫州 325211）

趙山渡水力發(fā)電廠投運已近16 a，近年來計算機監(jiān)控系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、繼電保護等電氣設(shè)備老化，故障頻出，嚴重影響電廠的生產(chǎn)安全及發(fā)電效益。為了減少維護量，提高自動化水平，保證各系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的可靠性、安全性，對電氣設(shè)備進行了升級改造，取得不錯的效果。圖1幅。

水電廠；電氣設(shè)備；計算機系統(tǒng)；勵磁系統(tǒng)；技術(shù)改造

1　概 述

趙山渡水力發(fā)電廠位于浙江省瑞安市高樓鎮(zhèn)，是珊溪水利樞紐重要組成部分之一 ，總裝機容量2 ×10 MW，是燈泡貫流式機組。經(jīng)主變升壓至35 kV，通過出線采用趙焦3 525線和趙高3 820線兩回35 kV出線，分別送到焦坑變和高樓變。電廠于2000年 11月并網(wǎng)發(fā)電，設(shè)計年發(fā)電量5 140萬kW·h，采用計算機為主、常規(guī)為輔的運行監(jiān)控方式。

2　存在問題

（1）計算機系統(tǒng)于2000年投運，已運行16 a，由于研制開發(fā)時間較早，計算機監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)單一，硬件設(shè)備老化嚴重，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備已是淘汰產(chǎn)品，在近幾年的運行中故障頻發(fā)，無法適應(yīng)現(xiàn)代水電廠運行生產(chǎn)工作的需要。

（2）電廠繼電保護裝置采用阿城繼電器廠生產(chǎn)的常規(guī)電磁式繼電器，經(jīng)過十多年的運行，繼電器元器件老化損壞嚴重，各項技術(shù)指標逐年下降，拒動和誤動現(xiàn)象時有發(fā)生；而且大部分繼電器已更新?lián)Q代，廠家基本上都不再生產(chǎn)，很難購買到替代品，嚴重影響了水電廠的安全、優(yōu)質(zhì)、高效運行。

（3）調(diào)速器反饋元件由于采用接觸式電位器，貫流式機組整機安裝在水中，機組振動很大，在振動的環(huán)境中極易移位，甚至造成電位器損壞。調(diào)速器主配抽動頻繁，控制單元無備用冗余，一旦發(fā)生故障就得停機檢修。

（4）勵磁系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)起勵不成功，上下橋電流不平衡，電制動經(jīng)常不能自動投入等現(xiàn)象。

（5）35 kV開關(guān)柜斷路器手車笨重，手車式工作位置定位銷和鎖定鉤鎖定困難。所有屏柜都沒有5防閉鎖裝置，存在重大的安全隱患。無防潮除濕功能，當空氣潮濕時，因電纜頭和母排連接處三相電纜間隔過小，導致放電嚴重。

（6）趙山渡電廠因采用了常規(guī)控制系統(tǒng)，自動化元件不夠智能化，壓力、流量、液位監(jiān)測大部分采用開關(guān)量信號，沒有模擬量信號，無法對狀態(tài)信息實施在線監(jiān)測。

（7）部分公用輔機系統(tǒng)采用邏輯控制器，無法與計算機進行通訊，因此無法實現(xiàn)遠方有效的監(jiān)控功能。

3　電氣設(shè)備的改造

3.1計算機系統(tǒng)的改造

趙山渡電廠2臺機組的控制采用計算機為主、常規(guī)為輔的運行監(jiān)控方式，控制回路盤根錯節(jié)，不僅結(jié)構(gòu)復雜，而且經(jīng)常出現(xiàn)誤報警和誤動作，機組運行存在很大的安全隱患。有必要對其改造升級（見圖1）。

圖1　計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化示意

3.1.1機組LCU的改造

本單元監(jiān)控范圍包括水輪機、發(fā)電機、勵磁、調(diào)速器、機組輔助設(shè)備和斷路器等，主要完成機組運行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，有功、無功的調(diào)整和運行參數(shù)的檢測，實現(xiàn)現(xiàn)地對發(fā)電機組的運行監(jiān)控。

（1）數(shù)據(jù)采集和處理。采集水輪機、發(fā)電機、機組輔機、勵磁、調(diào)速器等整個單元機組系統(tǒng)各開關(guān)量、模擬量、溫度量、交采量、電氣量和非電氣量，并做工程值變換和預處理。實時上送電廠級監(jiān)控系統(tǒng)。

（2）機組現(xiàn)地控制單元能獨立自動完成機組工況變換和有功、無功的調(diào)節(jié)。除正常停機外 ，增設(shè)緊急停機、事故停機、重錘關(guān)機。每臺機組獨立配置自動準同期和手動同期裝置，機組出口斷路器控制包括同期合、無壓合和分閘。實現(xiàn)對機組調(diào)速器、勵磁、機組輔機的監(jiān)視控制功能 ，保證發(fā)電機組的正常運行

（3）機組LCU增加1面觸摸屏，可以監(jiān)視所有實時量，查詢報警記錄等 ，且能完成對機組的基本控制。

（4）機組LCU采用交直流雙供電，任何一路故障都能及時報警，但不影響LCU的正常運行。

不僅如此，對機組輔機部分及其他控制部分的電源都采用獨立的供電方式，便于故障查找，而且大大提高了設(shè)備的供電可靠性。

3.1.2公用LCU的改造

本單元監(jiān)控范圍包括主變、35 kV兩條線路、廠用電、直流系統(tǒng)及全廠共用輔機等。

（1）公用輔機全部采用獨立的PLC控制，通過通訊與公用LCU聯(lián)絡(luò)，實現(xiàn)遠方監(jiān)視控制功能。正常情況獨立運行，特殊情況也可實現(xiàn)遠方控制。

（2）增加對主變壓器、廠用電、直流系統(tǒng)的運行監(jiān)視功能。

（3）增加保護裝置的通訊功能，包括主變壓器保護，線路保護，廠用電保護等。公用LCU實現(xiàn)對保護裝置的在線監(jiān)測，報警監(jiān)視等。

（4）完善電廠電測計量系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和集中報表處理。

3.1.3中控室電廠級監(jiān)控設(shè)備的改造

（1）操作系統(tǒng)改用UNIX操作系統(tǒng)，具有技術(shù)成熟、可靠性高、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫功能強、伸縮性突出和開放性好等特色。監(jiān)控軟件采用全中文的專業(yè)水電站組態(tài)軟件，完善了監(jiān)控系統(tǒng)的軟件功能。

（2）電廠監(jiān)控系統(tǒng)與電廠控制層計算機之間、電廠控制層和現(xiàn)地控制單元 （LCU）之間由以太網(wǎng)通訊。

（3）電廠運行和維護管理。電廠負責協(xié)調(diào)和管理各現(xiàn)地控制單元的工作，收集有關(guān)信息并作相應(yīng)處理和儲存。積累電廠運行數(shù)據(jù)，提高運行、維護水平。

（4）優(yōu)化了機組控制流程，使程序流程更合理，控制更加安全可靠。

3.2調(diào)速器的改造

調(diào)速器是控制水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)發(fā)電機有功的核心裝置，對發(fā)電機的運行起著至關(guān)重要的作用；結(jié)合運行多年的實際，對調(diào)速器進行了升級改造。

（1）調(diào)速器微機控制系統(tǒng)由原來的單一可編程控制器改成2套Modicom M258可編程控制器，實現(xiàn)工作系統(tǒng)與備用系統(tǒng)無干擾切換，大大提高了調(diào)速器運行的可靠性和安全性。

（2）調(diào)速器的反饋裝置直接反應(yīng)導葉、輪葉的實際開度，反饋信息直接影響到調(diào)速器的調(diào)節(jié)性能，反饋信息一旦出現(xiàn)錯誤 ，調(diào)速器就有可能出現(xiàn)頻繁抽動，嚴重情況有可能導致機組失控。本次改造采用了磁致伸縮性直線位移傳感器 ，成功解決了接觸式傳感器在振動環(huán)境中容易損壞的問題。

（3）加裝齒盤測速裝置 ，采用齒盤測速與殘壓測頻相結(jié)合，彌補了殘壓測頻信息失真，接收錯誤信號導致調(diào)速器不穩(wěn)定運行等一系列問題。

（4）機械方面主要更換了調(diào)速器主配裝置 ，并對控制油路做了實用性改進 ，解決了主配漏油、頻繁抽動等關(guān)鍵性問題。

3.3勵磁系統(tǒng)的改造

勵磁系統(tǒng)通過多年的運行，電子模塊大多到了使用年限，經(jīng)常出現(xiàn)起勵不成功，電制動失敗等問題。改造過程中，設(shè)備選型及改造方案都經(jīng)過慎密研討。

（1）勵磁系統(tǒng)的核心是勵磁調(diào)節(jié)器，本次改造采用了美國ATMEL 32位微機核心芯片，完全獨立的微機/微機雙通道雙模冗余結(jié)構(gòu) （AVR+FCR），通道間互為備用，備用通道自動跟蹤運行通道，故障后自動實現(xiàn)無擾切換，從根本上保證了調(diào)節(jié)器運行的可靠性。調(diào)節(jié)器采用多CPU模式，電氣量數(shù)據(jù)采集計算速度快，抗干擾能力強，保證程序運行可靠。調(diào)節(jié)器具有優(yōu)良的人機界面，具有在線幫助系統(tǒng)、故障記錄、故障追憶、智能測試等功能，實現(xiàn)智能化追蹤和處理。

（2）電制動采用柔性電制動，勵磁與電制動電源互相切換，實現(xiàn)勵磁與電制動合用1套整流裝置。簡化電制動控制回路，明顯減少了設(shè)備故障率。

3.4保護裝置的改造

原保護裝置集成度不高 ，分立元件較多 ，可靠性、靈敏度都不是很高。本次改造采用32位微處理器和雙DSP的硬件結(jié)構(gòu)，硬件和軟件均模塊化設(shè)計，配置靈活，易于擴展和維護；整個裝置為全封閉機箱，強弱電嚴格分開，同時軟件上也采用相應(yīng)抗干擾措施，大大提高設(shè)備的抗干擾能力。人機界面采用漢化界面，設(shè)置、查詢、操作都很方便；通訊功能靈活，配有2個獨立以太網(wǎng)接口和2個獨立的RS—485接口。通過這次改造，電氣保護性能大大提高，對電氣設(shè)備正常運行起到強有力的保證。

3.535kV開關(guān)柜的改造

針對趙山渡電廠35 kV開關(guān)柜存在的問題，本著安全、可靠、人性化的原則，進行了合理的改造。

（1）這次改造主要改變了斷路器的行走機構(gòu)，由原來的推入式改成螺桿旋入式，不僅減少了操作人員的勞動強度，而且操作更簡單，可靠性、安全性也大大提高。

（2）對于高壓電氣開關(guān)，五防設(shè)施必須環(huán)環(huán)相扣，防止操作人員誤入帶電間隔，防止操作失誤；這次改造特別強調(diào)了五防方面的要求，設(shè)計更合理，設(shè)施更齊全，保證倒閘操作萬無一失。

（3）南方地區(qū)梅雨季節(jié)空氣潮濕，空氣絕緣強度減弱，導致部分電氣設(shè)備放電，嚴重影響到設(shè)備的安全運行；根據(jù)這一現(xiàn)象，開關(guān)柜中增設(shè)了適度傳感器和加熱器，實現(xiàn)柜內(nèi)自動除濕功能。

（4）原來的刀閘隔離開關(guān)改成抽屜式隔離手車，操作簡單，檢修維護方便。

4　結(jié) 語

針對趙山渡電廠電氣設(shè)備存在的問題，本著無人值班 （少人值守）的原則，對部分電氣設(shè)備進行了一場徹底的改造。通過這次改造，提高了水輪發(fā)電機組控制的自動化水平，設(shè)備工況明顯得到好轉(zhuǎn)，減少了故障率，提高了電廠的經(jīng)濟效益。

責任編輯 吳 昊

2016-04-25

張 浩 （1979-），男，工程師，主要從事水電廠技術(shù)管理工作。

E_mail：349144224@qq.com