馬鞍山水電站增效擴容施工方案優(yōu)化研究

王平（湖南省永順縣水利水電服務站 吉首市 416700）

馬鞍山水電站增效擴容施工方案優(yōu)化研究

王平
（湖南省永順縣水利水電服務站 吉首市 416700）

馬鞍山電站增效擴容改造工程任務重、時間緊、技術難度大，在改造實施過程中保證電網(wǎng)轉供電、近區(qū)供電、兼顧發(fā)電，通過精心組織、合理安排，在5個月內完成4臺水輪發(fā)電機組及全站電氣一次、二次設備拆除更換任務，工程質量優(yōu)良，對老電站改造具有一定的借鑒作用。

馬鞍山電站 增效擴容 施工 優(yōu)化

1 電站概況

馬鞍山電站原名湘鄂川黔邊革命烈士紀念水電站，由原國家副主席王震為電站題名。該樞紐工程位于湖南省永順縣境內沅水二級支流猛洞河上游，距縣城24 km，是一座以防洪、發(fā)電為主，兼有航運、養(yǎng)殖等綜合效益的中型水利水電工程。電站壩址控制流域面積853 km2，水庫總庫容2 840萬m3，調節(jié)庫容1 520萬m3。1988年6月投產(chǎn)，裝有4臺單機2 MW混流式水輪發(fā)電機組，設計發(fā)電水頭30 m，單機引用流量8.7 m3/s，設計年發(fā)電量3 510萬kW·h。電站隸屬于永順縣猛洞河水電開發(fā)建設有限責任公司，現(xiàn)有職工56人。

改造前馬鞍山電站存在以下問題：

（1）電站運行24年，電氣設備陳舊落后，保護、測量裝置部分癱瘓，發(fā)電機組被水淹2次，絕緣受到破壞，導水機構漏水嚴重、軸承溫度高，機組長期帶病運行，出力不足、效率低下，運行成本高。廠房漏雨、進水口攔污柵嚴重變形、防洪墻等水工建筑物局部損壞嚴重，安全隱患較大。

（2）運行期年平均發(fā)電量2 350萬kW·h，為設計年發(fā)電量的67%。2010年6月上游高家壩防洪樞紐工程（水庫總庫容8 000萬m3，調節(jié)庫容5 610萬m3）投入運行，減輕馬鞍山水庫防洪壓力，提高了發(fā)電調蓄能力；高家壩電站裝機2×10 MW，設計發(fā)電流量62.8 m3/s，而馬鞍山電站設計發(fā)電流量34.8 m3/s，為高家壩電站的55.5%，發(fā)電流量不匹配，導致每年有80 d左右的棄水，水能資源浪費嚴重。

2 電站改造方案

馬鞍山電站改造方案為：將現(xiàn)裝機4×2 MW改擴為4×2.5 MW＋1×5 MW，總裝機容量15 MW，設計發(fā)電引用流量65 m3/s，年發(fā)電量5 000萬kW·h，年增加發(fā)電量2 650萬kW·h。工程分兩期進行：一期增效擴容工程將4×2 MW機組改造為4×2.5 MW，二期擴建工程新增1×5 MW機組。

本次一期增效擴容工程任務：將4臺2 MW水輪發(fā)電機組更換為2.5 MW機組，型號為SF2500-18/2600，采用HLJF3636-LJ-120高效水輪機；更換發(fā)電機組的勵磁屏、LCU屏、測溫制動屏；升壓站更換2臺S11-6300/35主變壓器、4臺真空斷路器、隔離開關、電壓互感器等電氣設備；更換高壓室6.3 kV高壓開關柜；更換保護、測量等電氣二次設備、直流系統(tǒng)，采用水電站微機綜合自動化控制系統(tǒng)；改造進水口攔污柵，主副廠房全面整修裝飾。

電站主接線如附圖。

附圖 電氣主接線圖

3 增效擴容改造工程實施

馬鞍山電站樞紐工程以下游縣城防洪、發(fā)電為主，電能經(jīng)馬楊35 kV線路并入國家電網(wǎng)永順縣電力公司楊公橋變電站，另一回35 kV線路馬長線向上游長潭坪變電站供電，電站近區(qū)變壓器向水庫大壩、首車鎮(zhèn)、馬鞍山村及電站生活區(qū)供電。一期增效擴容工程一是要求工程安全、保質、保量、按期完工；二是要保證馬長線及近區(qū)變正常供電；三是邊改造邊發(fā)電，盡量不棄水，確保電站改造、生產(chǎn)兩不誤。

工程改造任務繁重、時間緊、技術難度大，需要在工程施工技術力量、機械設備、資金籌備各方面統(tǒng)籌協(xié)調，合理部署。根據(jù)電站改造要求，結合電站電氣主接線的特點，電站在電網(wǎng)中的作用，經(jīng)過多次討論研究，進行方案對比分析，制定了詳細周密的施工方案，具體實施過程如下：

第一步，在水輪發(fā)電機組、主變等主要機電設備到貨前，先進行廠房整修等工作。

2012年3月17日工程正式開工，此前已完成監(jiān)理單位、施工單位招投標，完成水輪發(fā)電機組、主變等主要機電設備采購招標等前期工作。8月前完成主廠房拱型波紋鋼屋蓋的制作與安裝、內外墻粉刷、更換照明設備等，完成中控室吊頂、貼墻裙瓷磚等，完成高壓室新KYN28A高壓開關柜基礎，為全面進行電站增效擴容改造工程做好各項準備工作。

第二步，依次進行升壓站、高壓室、中控室電氣設備改造工作。

8月6日升壓站、高壓室、中控室電氣設備改造工作啟動。將馬楊線和馬長線在龍門架出線絕緣子外用臨時跳線相連接，由馬楊線向長潭坪變電站供電，同時斷開兩線與升壓站的連接線，為升壓站電氣設備改造創(chuàng)造條件。

拆除升壓站斷路器等電氣一次設備，電站與縣電網(wǎng)斷開后，電站開1臺發(fā)電機供近區(qū)和廠用電；8月13日完成升壓站斷路器、隔離開關等電氣一次設備拆舊換新和調試工作，保留1#舊主變，將該變壓器高壓側與馬楊線連接，低壓側與近區(qū)變直接供近區(qū)和廠用電。4臺機組停機，拆除6.3kV高壓室高壓開關柜和中控室控制、直流、保護、測量屏，安裝新屏柜。

8月22日拆除更換4臺水輪發(fā)電機組機旁屏（勵磁調節(jié)屏、勵磁功率屏、機組LCU屏、測溫制動屏）及勵磁變壓器，同時敷設高壓室和中控室之間電力、控制電纜，進行保護、測量、控制及直流系統(tǒng)的接線，安裝電站監(jiān)控系統(tǒng)、電子LED顯示屏，9月6日調試完成后更換2臺主變壓器。

新變壓器安裝在原變壓器基礎上，出線絕緣套管底部對地安全距離達不到2.5 m的要求，基礎需加高50 cm，如將舊變壓器拆除后加高鋼筋混凝土基礎，混凝土澆筑養(yǎng)護時間較長，影響電網(wǎng)向電站倒供電，且需使用2次吊車，增加施工程序和費用。實施中提前預制混凝土基礎，拆除舊變壓器后先將預制混凝土基礎吊裝到位，再吊裝新變壓器，一次完成新舊變壓器的拆除和安裝任務，簡化施工程序，節(jié)約時間、費用。

第三步，水輪發(fā)電機組逐臺改造。

因受廠房安裝場地限制，為利于施工，水輪發(fā)電機組從內往外逐臺改造。9月3日首先拆除最里側4#水輪發(fā)電機組，同時將另3臺老機組與新的機旁屏連接，9月16～22日3臺老機組相繼調試成功，利用新的電氣一、二次設備并網(wǎng)發(fā)電。10月12日4#水輪發(fā)電機組試機成功并網(wǎng)發(fā)電，此時新、老機組同時發(fā)電，新機組實現(xiàn)自動控制，另3臺老機組采用手動控制。4#新機組發(fā)電后，拆除3#老機組，然后依次進行2#、1#機組改造工作。

原機組調速器2008年更換為YWT數(shù)字可編程調速器，與電站自動控制系統(tǒng)兼容，工作電源為直流110 V，現(xiàn)直流系統(tǒng)電壓為220 V，更換電源模塊滿足新機組調節(jié)要求。電站氣系統(tǒng)壓縮機老化，更換為螺桿空氣壓縮機，油、水系統(tǒng)經(jīng)設計人員復核滿足新水輪發(fā)電機組要求。

第四步，完成進水口攔污柵改造及掃尾工作。

12月中旬完成4臺水輪發(fā)電機組及全站電氣一次、二次設備拆除更換等任務，水庫水位放至發(fā)電進水口底板高程，進行攔污柵更換改造工作。收集整理工程建設相關資料，做好項目完工驗收準備工作。

4 改造效果

投產(chǎn)后6個多月的運行情況表明，改造達到預期效果，各項效益指標顯著：

（1）電站出力提高了25%，由原來不足8 MW提高到10 MW，減少了棄水，提高了水能資源利用率；減少CO2及有害氣體的排放，促進節(jié)能減排事業(yè)的發(fā)展。

（2）發(fā)電收益明顯增加。經(jīng)測算，年增發(fā)電量983萬kW·h，增加41.8%，同時電站上網(wǎng)電價提高0.057元/kW·h，此兩項帶來的發(fā)電收益有480余萬元，較原發(fā)電收入700萬元增加68.6%，促進了公司可持續(xù)發(fā)展。

（3）全站采用微機自動化控制，實現(xiàn)無人值班、少人值守，電站面貌煥然一新，有效提高了設備完好率，消除了安全隱患。

5 結 論

（1）精心組織、巧妙安排。工程得到省、州、縣各級領導及相關單位的大力支持，猛洞河水電開發(fā)建設有限責任公司高度重視，成立由公司董事長任經(jīng)理的改造工程項目部，成員由各電站技術骨干力量組成。項目部積極與施工方、生產(chǎn)廠家及供應商溝通，制定科學合理的施工方案，精心組織工程施工，每天班前工作會下達工作任務，明確施工程序、帶電部位，強調安全注意事項及安全措施。

要生產(chǎn)也要效益，在確保工程質量、工期的前提下，通過巧妙安排，靈活調度馬長線、近區(qū)變供電，將電氣設備與水輪發(fā)電機組改造分開實施，實現(xiàn)工程施工、電站生產(chǎn)兩不誤。把電氣一、二次設備改造安排在8月份干旱期施工，先發(fā)電將水庫水位放至低水位，施工期間蓄水?？朔鞖庋谉岬睦щy，合理安排早晚施工時間，搶抓進度，1個半月完成升壓站、高壓室、中控室電氣一次、二次設備安裝調試任務。

4臺機組的機旁屏一次全部更換，老機組與新屏接線按改造標準執(zhí)行，電力、測量、保護、控制電纜一次敷設到位，只需對機組進行更換和調試工作，簡化施工程序，縮短每臺機組改造時間，加快工程進度。采取1機改造3機發(fā)電的模式，依次完成4臺機組改造，在枯水期低水位進行發(fā)電進水口攔污柵改造，充分利用水能資源，最大限度避免水庫棄水。機組改造期間利用老機組發(fā)電815萬kW·h，創(chuàng)收240萬元，取得了可觀的經(jīng)濟效益，實現(xiàn)了在改造施工過程中增效。

（2）大膽嘗試，勇于探索。按照采用新材料、新設備、新技術、新工藝的原則，在選擇機組設備時，采用中國水電科學研究院設計的高效率水輪機轉輪，該設備屬目前國內前沿科研成果，水輪機最高效率93.78%，發(fā)電引用流量增加11.3%，出力增加25%。要求廠家采用先進工藝和高科技材料，發(fā)電機組推力軸瓦材料采用彈性金屬塑料，消除了原來長期存在的機組推力軸瓦（采用巴氏合金材料）溫度過高的安全隱患。

通過大膽嘗試，成功解決了技術難題老機組與新設備相互能夠兼容發(fā)電，實現(xiàn)1機安裝3機發(fā)電。改造過程中老機組用新控制屏及勵磁裝置發(fā)電，此前沒有先例，無經(jīng)驗可循。項目部將新老機組各項參數(shù)進行對比，電壓、電流值均在新機組范圍內，老機組勵磁電壓、電流值分別為104 V、345 A，新機組為135 V、240 A，勵磁電流偏小。經(jīng)反復論證、優(yōu)化機組啟動試運行方案，確保老機組勵磁電流在新勵磁裝置允許范圍內，經(jīng)72 h試運行，機組安全穩(wěn)定運行，功率因數(shù)保持在（0.90～0.93）之間，充分利用水庫蓄水搶發(fā)有功電量。

（3）文明生產(chǎn)，安全第一。安全生產(chǎn)，人人有責，設立專職安全生產(chǎn)管理人員，明確安全生產(chǎn)責任，編制了保證安全生產(chǎn)的措施方案，落實各項安全技術措施，如：變壓器、水輪發(fā)電機組等吊裝由持證特種作業(yè)人員操作，專人指揮；改造機組機坑周圍設置圍欄，懸掛警示牌；高處拆卸安裝作業(yè)系好安全帶，掛好安全繩，專職安全員進行監(jiān)督指導；工程改造過程中有電網(wǎng)供電、近區(qū)供電、電站發(fā)電，各電氣設備帶電情況復雜，點多面廣，交叉作業(yè)多，加強施工安全管理，在帶電設備處設置圍欄、懸掛警示牌等，作業(yè)前要驗電檢查、作業(yè)后報告、全程由安全員監(jiān)督。工程建設過程中沒有安全事故發(fā)生，確保人員和設備安全，工程質量和工期得到有效保證。

（4）人盡其才，團結協(xié)作。公司承擔了電氣一、二次設備、自動控制設備安裝、金結加工制作等業(yè)務，施工人員來自電站技術管理、維修、運行等部門，工作經(jīng)驗豐富，熟悉電站設備、運行情況；施工隊伍分成3個小組，發(fā)揮各自技能優(yōu)勢，比質量、比進度，平時獨立施工，又可根據(jù)具體任務靈活組合，施工中遇到的難題，大家獻計獻策，積極采納合理化建議，如斷路器鋼架基礎、電站近區(qū)供電合理調度、老機組用新屏等問題均采納了技術人員的建議。改造過程中人盡其才、團結協(xié)作，既鍛煉了隊伍，又節(jié)約了資金。

改造中及時安排職工進行電站自動化控制運行管理知識和技能培訓，較快地適應和掌握新設備運行技術，確保了電站安全高效地運行。馬鞍山電站增效擴容工程通過科學合理部署，精心組織施工，在改造過程中盡量避免水庫棄水，取得改造與發(fā)電雙贏的效果。

2016-04-28）

王平（1975-），男，土家族，湖南永順縣人，大學本科，工程師，研究方向：農(nóng)村水電、電力系統(tǒng)及其自動化、水利工程管理。