富山三級電站增效擴(kuò)容改造分析

李東進(jìn)，干 超

(1.臺州市黃巖區(qū)富山電站管理局,浙江 臺州 318023；2.水利部農(nóng)村電氣化研究所，浙江 杭州 310012；3.水利部農(nóng)村水電工程技術(shù)研究中心，浙江 杭州 310012)

1 電站概況

富山三級電站位于浙江省臺州市黃巖區(qū)寧溪鎮(zhèn)嶺根村，是徑流式電站，總裝機(jī)容量2 630 kW，共裝有3臺機(jī)組；其中1、2號為臥式混流機(jī)組，容量為1 000 kW，于1981年9月投產(chǎn)發(fā)電；3號為斜擊式機(jī)組，容量為630 kW，于2003年10月投產(chǎn)發(fā)電。電站由擋水壩、引水渠、前池、壓力鋼管、電站廠房、升壓站等組成。攔水壩為1座漿砌塊石壩，壩高4.5 m，壩長62 m(其中溢流長度38 m)，由擋水建筑物形成的水庫庫容0.1萬m3，正常庫容0.08萬m3，發(fā)電死庫容0.05萬m3。

電站原集水面積19 km2，1998年富山一級電站建成后，三級電站集水面積較原設(shè)計(jì)減少了9 km2，現(xiàn)集水面積10 km2，年均發(fā)電量為150萬kW·h。因設(shè)備老化，存在安全隱患，需要進(jìn)行增效擴(kuò)容改造。

本次電站增效擴(kuò)容改造不改變電站位置，不改變水庫擋水與輸水建筑物，主要改造內(nèi)容為更新機(jī)電設(shè)備，提高發(fā)電效率，改善河道生態(tài)用水。

本次增效擴(kuò)容改造將1號機(jī)組改為生態(tài)機(jī)組，機(jī)組容量為160 kW，以維持河道生態(tài)流量；2號機(jī)組更新設(shè)備，改為斜擊式機(jī)組，容量為630 kW；3號機(jī)組不變，容量仍然為630 kW。3臺發(fā)電機(jī)額定電壓都改為0.4 kV，通過1臺SCB11—2000kVA/11±2×2.5%/0.4干式變壓器將3臺發(fā)電機(jī)所發(fā)電能從0.4 kV升壓至10 kV；再通過10 kV聯(lián)豐線送入電力系統(tǒng)。將由10 kV供電的近區(qū)負(fù)荷改由外來10 kV降至0.4 kV與本電站廠用電系統(tǒng)聯(lián)合供電。10 kV梅坦線路為永嘉縣2座小水電站接入線路，電站還保留1個村的自供區(qū)，年用電量約30萬kW·h。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 存在安全隱患

1、2號機(jī)組自1981年發(fā)電運(yùn)行至今已有35 a，早已達(dá)到機(jī)電設(shè)備壽命期限，從電站運(yùn)行的歷史情況及維修記錄來看，機(jī)組設(shè)備老化，存在安全隱患，不能保證電站正常和安全運(yùn)行。

1號水輪機(jī)型號為HL110—WJ—59，發(fā)電機(jī)型號為SFW118/52—6，額定容量1 000 kW，1978年昆明電機(jī)廠生產(chǎn)，設(shè)備老化銹蝕嚴(yán)重，瓦溫高，近幾年基本沒有運(yùn)行，實(shí)際已退出運(yùn)行。2號水輪機(jī)型號為HL110—WJ—60，發(fā)電機(jī)型號為SFW118/49—6，額定容量1 000 kW，1980年5月韶關(guān)電機(jī)廠生產(chǎn)，老化嚴(yán)重，存在安全隱患；調(diào)速器型號為XT—600,天津市水電控制設(shè)備廠生產(chǎn)，不能滿足自動化要求，不能自動并網(wǎng)，運(yùn)行中存在“飛車”等安全隱患。進(jìn)水閘閥型號為Z941—1.6，公稱直徑DN500，運(yùn)行時間長，已經(jīng)銹跡斑斑，漏水嚴(yán)重，操作費(fèi)力。

廠內(nèi)機(jī)旁屏、低壓配電屏、中控室內(nèi)的測量控制保護(hù)以及升壓站內(nèi)變壓器、斷路器等設(shè)備性能落后、老化嚴(yán)重，屬淘汰產(chǎn)品。高壓開關(guān)柜門無電磁閉鎖裝置，機(jī)械閉鎖均己壞，存在嚴(yán)重安全隱患。

2.2 機(jī)組效率低下

限于電站建設(shè)時期的歷史條件和技術(shù)水平，水輪發(fā)電機(jī)組的參數(shù)落后，性能欠佳，水輪機(jī)長期處于低效率區(qū)運(yùn)行，運(yùn)行工況較差，效率較低，機(jī)組的額定效率約為70%。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪HL110為我國早期使用型號，效率低，與當(dāng)前技術(shù)相比，機(jī)組效率嚴(yán)重偏低，技術(shù)性能落后；且銹蝕嚴(yán)重，導(dǎo)葉間隙增大，漏水量較大。水輪發(fā)電機(jī)組效率逐年下降，發(fā)電耗水率也相應(yīng)增加，影響發(fā)電經(jīng)濟(jì)效率。發(fā)電機(jī)經(jīng)過多年運(yùn)行，沒有進(jìn)行大的檢修改造，線圈老化，損耗大，發(fā)電效率嚴(yán)重下降。

2.3 流域集雨面積與機(jī)組容量不相配

富山一級電站1998年建成后，富山三級電站的集水面積比原設(shè)計(jì)減少了9 km2，目前富山三級電站集雨面積約為10 km2，可用于發(fā)電的水量減少了近50%，與原電站裝機(jī)容量不相匹配，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)來水情況相應(yīng)減少裝機(jī)容量。

2.4 自動化程度低，運(yùn)維成本高

三級站建設(shè)時間早，調(diào)速器、勵磁、變壓器、開關(guān)設(shè)備、機(jī)組控制及保護(hù)等設(shè)備陳舊，自動化程度低，保護(hù)方式落后；絕大部分器件目前已屬淘汰產(chǎn)品，設(shè)備效率低、能耗高，安全可靠性差，運(yùn)維成本高，需進(jìn)行更新改造。

機(jī)組自動化程度低，開關(guān)機(jī)都需要在現(xiàn)地手動操作，運(yùn)行人員配備也多，運(yùn)行維護(hù)成本高。

3 改造必要性分析

從安全、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等幾個方面分析三級電站改造的必要性：

(1)通過改造，提高了設(shè)備的安全性和可靠性，電氣設(shè)備達(dá)到五防要求，創(chuàng)建安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化在設(shè)備上符合要求。

(2)三級電站機(jī)組是計(jì)劃經(jīng)濟(jì)年代配給的，機(jī)組型號多，效率低，配件難找，時常要定做加工，增加了維護(hù)成本。通過改造，可提高機(jī)組效率，進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益。

(3)通過改造，可以解決與當(dāng)?shù)鼐用裰g的矛盾。在機(jī)組不發(fā)電期間，下游河道水流很小，生態(tài)用水、農(nóng)業(yè)灌溉均會造成與村民之間的矛盾。通過安裝生態(tài)機(jī)組，不間斷生態(tài)泄流，可以滿足電站下游村民生產(chǎn)、生活和生態(tài)的需要。

(4)與電力系統(tǒng)電費(fèi)是雙向結(jié)算的，在不發(fā)電期間，需向電力公司購買用電。生態(tài)機(jī)組建成后，不間斷發(fā)電泄放流量，自供區(qū)用電由生態(tài)機(jī)組提供，可減少電費(fèi)支出。

(5)通過改造，自動化程度提高，可減少人員配備。也可考慮將三級站的控制用光纖連接到一級電站進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，管理局資源配置更加優(yōu)化。

4 主要設(shè)備選型

設(shè)計(jì)單位確定后，進(jìn)行了實(shí)地勘察，發(fā)現(xiàn)電站的攔水壩、引水渠道、前池、廠房等建筑物基本完好，滿足增效擴(kuò)容改造要求。壓力鋼管經(jīng)檢測也符合要求，可減少相應(yīng)投資。

3號機(jī)組2003年改造，沒達(dá)到報(bào)廢年限，且設(shè)備完好，可繼續(xù)使用。本次改造設(shè)計(jì)時考慮到廠房布置美觀角度，2號機(jī)組可選用與3號機(jī)組相同型號。

考慮到電站下游河流生態(tài)需水和下游居民生活生產(chǎn)用水需求，將1號機(jī)組改為生態(tài)機(jī)組，以滿足下游河道下泄流量要求。

通過多方面進(jìn)行綜合比較，1號生態(tài)機(jī)組水輪機(jī)采用XJE—W—42A/1×7.5，額定水頭110 m，額定流量0.193 m3/s，發(fā)電機(jī)型號SFW160—6/650,機(jī)組單機(jī)容量160 kW，額定轉(zhuǎn)速1 000 r/min；2號水輪機(jī)采用XJA—W—55A/1×14.5，額定水頭110 m，額定流量0.739 m3/s，發(fā)電機(jī)采用SFW630—8/990，機(jī)組單機(jī)容量630 kW，額定轉(zhuǎn)速750 r/min。新的勵磁系統(tǒng)采用微機(jī)控制的無刷勵磁。

機(jī)組調(diào)速器采用高油壓微機(jī)調(diào)速器，根據(jù)水輪機(jī)參數(shù)計(jì)算所需的調(diào)速器工作容量為300 kg· m，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組遠(yuǎn)方和現(xiàn)地開機(jī)、正常停機(jī)、自動并網(wǎng)、事故停機(jī)等功能，新調(diào)速器型號為YWT—300。

主變壓器采用干式變型式，型號為S11—M—2000 kVA/11±2×2.5%/0.4 kV，這樣所有電氣設(shè)備能布置在主、副廠房內(nèi)。電氣主接線采用三機(jī)一變接線方式，應(yīng)電力公司要求，采用10 kV線路上網(wǎng)。同時，永嘉兩電站決定接回永嘉電網(wǎng)。

5 改造工程實(shí)施

本改造工程2017年4月份完成招投標(biāo)，總包單位9月份完成主要機(jī)電設(shè)備的采購供貨，計(jì)劃在枯水期間進(jìn)行改造施工。2017年10月中旬開始拆除舊機(jī)組，先完成1、2號機(jī)組機(jī)坑開挖及機(jī)組安裝；12月10日臨時施工電源安裝完畢后，開始拆除舊電氣設(shè)備。2018年2月初，站內(nèi)機(jī)電設(shè)備基本安裝完畢，機(jī)組靜態(tài)調(diào)試一切正常。由于供電局臨時通知要對輸電線路進(jìn)行升級改造，待5月份輸電線路改造完畢后，就能進(jìn)行水輪發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)調(diào)試。

6 結(jié) 語

富山三級電站通過更新改造，提高了機(jī)電設(shè)備的安全性和可靠性，提高了機(jī)組效率，自動化程度增加，運(yùn)維人員減少，管理更加規(guī)范，有效提高了管理局的經(jīng)濟(jì)效益。

通過增加生態(tài)機(jī)組，不間斷發(fā)電泄流，向下游泄放流量，提升農(nóng)村水電生態(tài)效益，保證了電站下游村民生產(chǎn)生活用水需求。