東武仕水電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)改造

李祥鋒

(東武仕水電站，河北 邯鄲 056500)

0 引 言

2011年，水利部開展農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造工作。2012年，河北省邯鄲市東武仕水電站成為全省水利廳、財(cái)政廳批準(zhǔn)的第一批20多座農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造水電站之一。2013年完成前期準(zhǔn)備工作，2014年設(shè)備改造完成。在改造過程中，精心優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)，分段化施工，達(dá)到了“改造、發(fā)電”兩不誤的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了改造、供水、發(fā)電多羸的局面；且當(dāng)年發(fā)電量達(dá)到1 001萬kW·h，收入600多萬元。

1 工程概況

東武仕水電站座落在河北省東武仕水庫大壩下游右岸，是東武仕水庫水利樞紐工程的一個(gè)組成部分，屬壩后式電站，在京廣鐵路和磁縣縣城以西約7 km的東武仕村，距離邯鄲市38 km。電站裝機(jī)容量2×3 200 kW，1975年正式投產(chǎn)發(fā)電，至2014年已經(jīng)運(yùn)行近40 a，機(jī)電設(shè)備老化嚴(yán)重，發(fā)電運(yùn)行存在極大安全隱患。2012年列入水利部農(nóng)村水電站增效擴(kuò)容改造項(xiàng)目，中央專項(xiàng)補(bǔ)助資金448萬元，省級(jí)財(cái)政補(bǔ)助資金224萬元，市級(jí)財(cái)政補(bǔ)助資金150萬元，東武仕水電站自籌資金87.54萬元。本工程機(jī)電設(shè)備改造范圍為：2臺(tái)水輪機(jī)、2臺(tái)主變壓器、勵(lì)磁設(shè)備、調(diào)速器設(shè)備、計(jì)算機(jī)監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)、35 kV升壓站電氣設(shè)備及高低壓開關(guān)柜等。

2 改造前機(jī)電設(shè)備狀況

東武仕水電站改造前主控室北側(cè)的保護(hù)屏柜有：1號(hào)水車保護(hù)盤、2號(hào)水車保護(hù)盤、中央音響信號(hào)盤、1號(hào)機(jī)操作儀表盤、主變操作儀表盤、2號(hào)機(jī)操作儀表盤、直流電源儀表盤、直流電源配電盤。

主控室內(nèi)東側(cè)的保護(hù)屏有：磁東線保護(hù)屏、羊武線保護(hù)屏、1號(hào)機(jī)保護(hù)屏、2號(hào)機(jī)保護(hù)屏、1號(hào)主變保護(hù)屏、2號(hào)主變保護(hù)屏(見圖1)。

圖1各個(gè)屏柜位置示意

各屏柜運(yùn)行狀況：正常1號(hào)機(jī)運(yùn)行時(shí)，1號(hào)水車保護(hù)盤、中央音響信號(hào)盤、1號(hào)機(jī)操作儀表盤、主變操作儀表盤、直流電源儀表盤、直流電源配電盤、磁東線或羊武線保護(hù)屏、1號(hào)機(jī)保護(hù)屏、1號(hào)主變或2號(hào)主變保護(hù)屏運(yùn)行。正常2號(hào)機(jī)運(yùn)行時(shí)，2號(hào)水車保護(hù)盤、中央音響信號(hào)盤、2號(hào)機(jī)操作儀表盤、主變操作儀表盤、直流電源儀表盤、直流電源配電盤、磁東線或羊武線保護(hù)屏、2號(hào)機(jī)保護(hù)屏、1號(hào)主變或2號(hào)主變保護(hù)屏運(yùn)行。

中央音響信號(hào)盤、主變操作儀表盤、直流電源儀表盤、直流電源配電盤始終在運(yùn)行狀態(tài)，其他屏柜在交替運(yùn)行狀態(tài)。

3 計(jì)算機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)組成

水電站要實(shí)現(xiàn)“無人值班(少人值守)”，必須提高自動(dòng)化水平，必須投運(yùn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。東武仕水電站應(yīng)用了南京鈦能電氣有限公司生產(chǎn)的水電站“無人值班(少人值守)”計(jì)算機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，由2臺(tái)電腦、1號(hào)機(jī)組LCU柜、2號(hào)機(jī)組LCU柜、公用LCU柜、發(fā)電機(jī)保護(hù)柜、主變保護(hù)柜、線路保護(hù)柜、直流柜及蓄電池柜共8面柜組成。

這8面柜子計(jì)劃安裝在主控室內(nèi)北側(cè)1號(hào)機(jī)水車控制盤～直流配電盤八面盤的位置，電腦放到主控室內(nèi)中心的工作桌上(見圖2)。

圖2計(jì)算機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

4 改造安裝

增效擴(kuò)容改造范圍是2臺(tái)水輪機(jī)、2臺(tái)主變壓器、勵(lì)磁設(shè)備、調(diào)速器設(shè)備、計(jì)算機(jī)監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)、35 kV升壓站電氣設(shè)備及高低壓開關(guān)柜等。東武仕水電站是東武仕水庫惟一的放水口，肩負(fù)著邯鄲市工農(nóng)業(yè)用水的任務(wù)，所以供水不能停，機(jī)組也不能停機(jī)。對(duì)于更新改造項(xiàng)目，“無人值班(少人值守)”計(jì)算機(jī)監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)的正常改造安裝方式都是在2臺(tái)機(jī)組停機(jī)后進(jìn)行；因此施工單位要求2臺(tái)機(jī)組停機(jī)才能進(jìn)行安裝。如果停機(jī)，就意味著停止供水、停止發(fā)電，電站沒有經(jīng)濟(jì)收入。只要1臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，控制屏柜設(shè)備在交叉運(yùn)行狀態(tài)，這種情況下改造安裝困難太大，而且影響機(jī)組安全運(yùn)行，施工單位做不到。如何能做到1臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，1臺(tái)機(jī)組改造，是急需解決的難題。電站技術(shù)人員經(jīng)過認(rèn)真考慮，仔細(xì)調(diào)查，本著1臺(tái)機(jī)組運(yùn)行發(fā)電，1臺(tái)機(jī)組改造的原則，完成了“無人值班(少人值守)”自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的安裝。

(1)電站先進(jìn)行安裝公共電氣一次設(shè)備：35 kV升壓站電氣設(shè)備、高壓開關(guān)柜、低壓開關(guān)柜，2臺(tái)主變。

(2)電站經(jīng)過認(rèn)真比較分析，研究決定進(jìn)行1號(hào)機(jī)組改造，2號(hào)機(jī)組運(yùn)行發(fā)電。一邊進(jìn)行1號(hào)機(jī)組的拆除、大修、安裝，一邊進(jìn)行調(diào)速器、勵(lì)磁的安裝。

(3)“無人值班(少人值守)”計(jì)算機(jī)監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)的安裝。

此時(shí)發(fā)電廠房運(yùn)行方式是1號(hào)機(jī)停機(jī)、2號(hào)機(jī)、2號(hào)主變、羊武線路運(yùn)行。1號(hào)機(jī)水車保護(hù)盤、1號(hào)機(jī)操作儀表盤在停電狀態(tài)，其他盤都在正常運(yùn)行狀態(tài)。拆除1號(hào)水車保護(hù)盤。1號(hào)機(jī)操作儀表盤只能把儀表線、端子線拆掉，盤無法拆掉，因?yàn)楹椭醒胍繇懶盘?hào)盤、主變儀表操作盤連在一起。

①1號(hào)機(jī)LCU柜就位。把1號(hào)水車保護(hù)盤拆掉，將1號(hào)機(jī)LCU柜放到1號(hào)水車保護(hù)盤位置(見圖3)。

圖31號(hào)機(jī)LCU柜位置示意

將1號(hào)機(jī)LCU柜與1號(hào)機(jī)蝴蝶閥、調(diào)速器、勵(lì)磁、高壓開關(guān)柜等所有端子線接好。

②將2號(hào)機(jī)LCU柜～蓄電池柜共7面柜放到原2號(hào)水車保護(hù)盤～直流配電盤的前面，距離約1 m(見圖4)。

每一面柜用槽鋼做1個(gè)底座，高度和原保護(hù)盤基礎(chǔ)持平，方便將新保護(hù)柜挪到舊保護(hù)盤位置上。在舊盤的底部開1個(gè)孔，方便控制電纜從舊盤底部的電纜溝穿過舊盤底部、新柜底部到達(dá)新柜內(nèi)端子上。每根控制電纜放線時(shí)多放1～2 m。

圖42號(hào)機(jī)LCU柜位置示意

③直流充饋電柜和蓄電池柜接線。把直流充饋電柜和蓄電池柜的進(jìn)線接好，具備送電條件。

④公用LCU柜接線。把公用LCU柜有關(guān)1號(hào)機(jī)及附屬設(shè)備的連線接好。

⑤發(fā)電機(jī)保護(hù)柜接線。把發(fā)電機(jī)保護(hù)柜中1號(hào)機(jī)的連線接好。

此時(shí)已經(jīng)具備1號(hào)機(jī)開機(jī)條件。1號(hào)機(jī)所有的設(shè)備都安裝完畢，因此開啟1號(hào)機(jī)運(yùn)行。運(yùn)行方式是1號(hào)機(jī)、2號(hào)主變、羊武線運(yùn)行。盤柜運(yùn)行狀態(tài)是：新1號(hào)LCU柜、公用LCU柜、新發(fā)電機(jī)保護(hù)柜、新直流充饋電柜、蓄電池柜投入運(yùn)行，中央音響信號(hào)盤、主變操作儀表盤、直流電源儀表盤、直流電源配電盤、2號(hào)主變保護(hù)屏、羊武線路保護(hù)屏繼續(xù)保持正常運(yùn)行。

⑥主變保護(hù)柜接線。此時(shí)運(yùn)行工況是2號(hào)主變運(yùn)行。盤柜運(yùn)行狀況：舊主變儀表操作盤、舊2號(hào)主變保護(hù)屏與中央音響信號(hào)盤、直流電源儀表盤、直流配電盤運(yùn)行。主變保護(hù)柜中的1號(hào)主變端子與高低壓開關(guān)柜及主變的連接的端子線接好，投入1號(hào)主變，2號(hào)主變退出運(yùn)行。新主變保護(hù)柜中的1號(hào)主變保護(hù)就投入運(yùn)行狀態(tài)，再將主變保護(hù)柜中的2號(hào)主變端子與高低壓開關(guān)柜及主變的連接的端子線接好，就可以投入2號(hào)主變運(yùn)行。主變保護(hù)柜接線完畢完全處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

⑦35 kV線路保護(hù)柜接線。此時(shí)運(yùn)行工況是羊武線運(yùn)行，盤柜運(yùn)行狀況：主變操作儀表盤、羊武線路保護(hù)屏、中央音響信號(hào)盤與直流電源儀表盤、直流配電盤運(yùn)行。先接好槐東線保護(hù)的端子接線，投入槐東線運(yùn)行，新35 kV線路保護(hù)柜中的槐東線保護(hù)投入運(yùn)行；再接好羊武線保護(hù)的端子接線，羊武線投入運(yùn)行，槐東線退出運(yùn)行。新35 kV線路保護(hù)柜改造完畢。

⑧2號(hào)LCU柜接線、公用LCU柜中的有關(guān)2號(hào)機(jī)及附屬設(shè)備的連線、發(fā)電機(jī)保護(hù)柜中2號(hào)機(jī)保護(hù)接線。同1號(hào)機(jī)，把2號(hào)LCU柜、公用LCU柜剩余端子線、發(fā)電機(jī)保護(hù)柜中剩余端子線接好，2號(hào)機(jī)具備運(yùn)行條件。

圖5系統(tǒng)改造完工

2號(hào)機(jī)所有的設(shè)備都安裝完畢，具備運(yùn)行條件時(shí)，開啟2號(hào)機(jī)運(yùn)行。此時(shí)，所有的新柜接線完畢都投入運(yùn)行，舊盤已經(jīng)退出運(yùn)行。

⑨新柜就位。拆除所有舊盤從2號(hào)水車保護(hù)盤～直流配電盤及6面繼電保護(hù)屏。從2號(hào)LCU柜開始，把2號(hào)LCU柜～蓄電池柜7面柜向原保護(hù)盤位置緩緩移動(dòng)，依次就位，多余的控制電纜余到電纜溝里。

⑩整理接線，8面保護(hù)柜安裝完畢。最后，安裝電腦、音響、打印機(jī)等(見圖5)。

5 結(jié) 語

東武仕水電站采用了此方法進(jìn)行“無人值班(少人值守)”自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的改造，達(dá)到改造、發(fā)電兩不誤的目標(biāo)，確保了正常供水發(fā)電。同時(shí)，電站當(dāng)年發(fā)電量1 001萬kW·h，收入600多萬元，實(shí)現(xiàn)了改造、供水、發(fā)電多贏的局面。2015年發(fā)電量1 018萬kW·h，2016年1 338萬kW·h，2017年發(fā)電量1 823萬kW·h，發(fā)電量逐年遞增。