源口一级水电站技改增容及自动化改造与实施.doc

源口一级水电站技改增容及自动化改造与实施源口一级水电站技改增容及自动化改造与实施浙江武义县水利水电勘测设计所郎敏付蔽莉浙江武义县源口水库管理处王晓明摘要源t7一级水电站技改增容及自动化改造是武叉水电杞村电气化县建设主要项目,是浙江省八个自动化试点电站之一.电站存在装机容量偏小机型老化,效率低绝缘老化和自动化程度低等问题,急需更新改造.改造原则是投资少,周期短,使用成熟的新技术和先进设备.实施计划周密,取得了明显的经济效益,实现了电站运行管理自动化,信息数字化关键词水电站技改增容自动化改造实施一概况源口一级水电站为武义县源口水库坝后式电站.该电站建于l978年,电站装机容量2000kW(2X8OOkW+1X400kW),电站多年平均发电量697万kW?h.电站设计水头31m,流量8.5m/s.源口水库总库容2360m,水库控制集雨面积91km,后从另外流域引入水罩年均2000万IIl,发电水量充沛,原装机规模相对偏小,而水库调节库容相对不大,年均弃水多达2000万m.表1源口一级水电站原机组主要参数表机纰编l23一水轮机型号lIl24()一WJ一7lHIl23一WJ-5()瞪计水(f1)3lJ245泄汁流(I】/s)3.480.71.98额定转速(r/milj)60()75()发I乜机型ISWI43/4410rSW99378发电机功率(kW)800400额定转违(r/mn)600750Ij!fI转速(tttit)l370l80()制造采广两御州水轮厂机挺渊逑器XTJ00(1r电动阀门()l20()J1fIl阀(D80(j闻出IJ剐l977197ll60中国农村水电及电气化20062二水电站技改增容及自动化改造的必要性1.电站存在的问题源口一级水电站经20多年的运行,机电设备已陈旧,主要存在如下问题:(1)水轮机转轮汽蚀严重,效率大为降低,尤其是3机组,限于当时条什,选型不当,其转轮运.L况与电站实际工况偏差较大,致使运行效率降低,转轮叶片局部已剥落.(2)发电机绝缘老化严重,其定子线圈为B级沥青绝缘,等级低,ltfB差,极易受潮.另外,由于热老化,电老化,机械老化等多种囚素的影响,使发电机定子线圈许多位置出现绝缘层流胶发空,裂纹以及槽楔,线圈线绑扎松动等现象,无法满足机组安运行的要求.发电机转子线圈对地和匝间绝缘老化也较严蕈.(3)电站主变为SJSL-4000/35,属国家明令淘汰产品,尤其在1989年冬季检修期间,1OkV线圈绕组发现匝问短路,虽经修复,但隐患仍存,严虫危及机组安全运行.(4)老式配电柜达不到五防要求,油开关,隔离开关等一次设备巳陈旧老化,均属淘汰产品,直流系统为铅酸蓄电池,地多,维护上作量大,不符合环保要求.2,水量利用率偏小由于水库制集雨积逃91km,多年平均来水量】.2亿In,另从相邻流域引水24kin,引入水;ij酶量年均达:000万Ill以上,而水库正常库容仅为2160Ill,水库多年平均弃水量多达200O万m,敛使水量利用率低,有对电站进行增容,才能增加发电量,减少水资源浪费.3.农村水电现代化建设的需要源口一级水电站建于1978年,自动化程度偏低,不符合水利部(农村水电技术现代化指导意见提出的在农村水电站发电,供电和经营管理争面采用现代技术,实现无人值班,少人值守的要求,进行闩动化改造,对提高电站自动化程度,减轻运行人员的劳动强度,提高电站运行管理水平是非常有必要的.三.电站技改增容及自动化改造方案1.原则的确定根据源口一级水电站的实际情况,从经济性,合理性和It,r限性考虑,应满足下列原则:原电站十建J_程尽量保持原状,以减少投资并缩短工期;原主机组基本尺寸保持不变,水轮机利用原蜗壳等水下预埋件,气,水管路基本不变;因地制宜,合理采用同内一些成熟的新技术和先进设备,以适应农村水电技术现代化的需要,提高电站综合自动化水平.2.机组增容的确定根据电站现状运行情况,正常运行水头存3234in之间,根据流域规划,源口水库上游将建一胯正常库容1000万ffl左右的水库(F=41km),减轻本水库的防洪压力,适当提高源口一级站的设计水头是可行的.最终确定电站的设计水头为32111,最大水头38m,最低水20m.电站装机容量由2000kW增容至2500kW.3.机组技改增容方案的确定(1)水轮机选型.根据电站技改增容的原则,电站引水系统不变,电站由2000kW增至2500kW;水轮机蜗壳,导水机构,尾水管基本不变,更换水轮机转轮;发电机更换定,转子线圈,提高绝缘水半,由原B/B级绝缘提高至F/F级绝缘,发电机极数不变;要求单机机组最重什的吊运重量不超过桥机起吊重量;充分利用电站原油,气,水管路系统.根据上述要求,l,2#水轮机在额定水头的出力须达到l059kW,3机出力达到535kW,而经理论计算,原l,2机任额定水头最大出力为97OkW,3机为48OkW,同时,原水轮机经20多年的运行,转轮叶片磨损,空蚀损坏,效率下降,现状出力比理论计算更低,因而须更换新转轮,才能满足增容的要求.根据电站运行水头2038m的范围,查中小型轴流式混流式水轮机转轮系列型谱,适合电站增容且效率较高的转轮型号有II24O,HL240C,HLF13,因此,1,2机初选H240一WJ一74,IIL240CWJ-74,HLF13一WJ-74三种机,3#机初选HL240一WJ一52,HI240C-WJ-52,IILF13一WJ一52种机型分别进行综合分析比较,详表2,表3:表21#,2水轮机三种机型参数比较表水轮机IH41)J一74【II241lC,_卜74lILIl3一WJ74水儿(II/)32323单佗拼f蚺(n1f-;)f.20j.23J.8单俯转述Ir/tl/it/7H787H流撼(1【1/s)3Ij.83.n7出力(kV)Ill591059I()59敞书(,)9l088.4)二.(1呲IH离虚(HI):.459】4.3S栅窀转造(r/iitinl61/1I州)【l州1E迫转速(r,fI1|fll3241378I41(1水推JJ(t)5,8867l1.47最高救率(n929()8924表33#水轮机三种机型参数E匕较表水轮机号IIL240一WJ52il240CWf一52IILI3一WJ一51水fIl1)33j!啦他流疑【Il1l,231.241.24堆他转逑(r,/Illil1)6969)流【ji,s)l881.)flj.f)出山(kW)53553S535艘串(000.689.R9.5l啦跬1商鹰【ll1)2.8f4.8941吉畦定转进(r/ll/i11)7507Sn75(1逸转速(r/min)l4i962006水推()201)3.3i4.86f箍高效率)9290,892.4从表2看出,HLFl3一WJ-74比HL240C-WJ一74,HL240-WJ-74额定点效率分别高出3,6%和l,0%,且额定点单位流量为1.18m/s,限制工况点单位流量为1.48m/S,说明该转轮具有较大超发能力,能较好满足电站增容的要求.从表3看出,HL240-WJ一52额定点效率最高,但额定点正接近中国农村水电及电气化2006,261限制工况.HLFl3一WJ一52转轮效率稍低,查该水轮机模型综合曲线,额定点偏离在高效率区的左下方,随着水的增加,效率下降.ttL240CWJ一52转轮额定点接近高效率区,水头存额定水头附近变化,具有较高的效率,超发能力与HLF13一WJ一52相近.根据厂家报价,二三种号水轮机转轮价格相差无几.综上所述,I,2轮机型号最终拟选HLF13一WJ一74,3水轮机拟选HL240CWJ一52.主要技术参数见表4.表4拟选水轮机主要技术参数表倒号l2水轮帆3水轮十J【技术参数H【Il3一W卜74Hl240C-WJ-52转轮:侄(1)0.740.52额定水呔(Il1)3232最商水头(1I1)3838娃低水(In)2【】2(J额定流量(川/s)3.671.9额定II力(kW1l()59535额r庄点效棼()92.【】89.6额定转速(r/mh1)60075(1峨m岛度(II1)+4.3牲+4.89乜逸转速(r/I/in)l4l0l%1水推JJ(t)9.4733l(2)水轮发电机的技改增容.l,2发电机原定子线圈采用3根1.35X3.8IllIll,3机为2根l.253.9mm2铜线并绕而成,主绝缘为B级沥青绷云母带,绝缘层较厚.发电机增容改造通过定子线圈更换新高耐压薄绝缘结构以增加导线截面,l,2定子线圈改成41.64.6mm铜线并绕,3机改成21.74.Oinm铜线并绕.同时提高绝缘耐热等级至F级.1,2机转子线圈原为2.6330,3机原为1.9522扁铜排绕制而成,每共43.5匝,匝间和对地绝缘为B级绝缘,改造后,转子线圈增加l0%拼接在每只线圈卜,绝缘更换成F级.发电机经上述方案的技术改造,能达到电站增容的目的,见表5.(3)辅助设备及水机附属设备改造.电站的辅助设备及水机附属设备主要有起吊设备,消防设备调速器,供气,供水系统.起吊设备主要承担水轮发电机组及辅助设备安装,检修时的设备起吊-I=作.电站增容后发电机重量增加约l00kg,原来62中国农村水电及电气化2006.2表5改造后水轮发电机主要技术参数,型l,!水轮发电帆3水轮发电机技术鍪敬,SFWl(J00一l0/l430W5(螂一8/990领定功书(kW)lOOO51)1)额定电(kV)0.630.63额定电流Al】4.557.3额定转淫(1/mii1)600750功率因索0.8(滞后)0.8(滞后)发也机嫂率%94.593.5起吊设备可利用,不必更换.供气,供水对象电站技改增容前后基本无变化,可继续保留使用.原1#,2机调速器型号为XT一1000,最.人操作功为1000kg?m,额定油压25kg/cm,机组技改增容后,将1w,2机组与3机组丁,电动操作系统改为BWT一1B型可编程步进微机调速控制器,该控制器同时检测机频及网频,并按其差值进行PID调节,使机组频率自动跟随网频变化,并网速度快,操作方便.根据规范,结合厂房现状,消防设施需增没消火箱一只,增配若干l2ll灭火器.(4)电工(电气一次)的技术改造.源口级站电气主接线为三机一变扩大单元接线,根据电站技改的原则,原主接线方案不宜改动,仍采用三机一变扩大单元接线,考虑一级站装机容量从2000kW增容2500kW,同时兼顾下游二,三,四级电站技改增容的可能性,做好长远规划,主变从4000kVA更换为5000kVA,号为SS9-5000/35.源口一级站原高压开关设备为GGlA,固定式开关柜,所装SN少油断路器,隔离开关为GN型,均为淘汰产品,需进行更换.考虑到原高压开关维护比较方便,从经济,改造时问周期方面考虑,仅把主要元件断路器SN更换为ZN,和隔离开关GN型更换为GN型即满足要求.原直流系统为铅酸蓄电池,维护工作量较大,且不环保,更换为免维护蓄电池,整流设备采用PZG8一l00/200型高频开关电源,即可满足电站控制合闸及事故照明要求.励磁装置功率单元采用三相全控桥,逆变灭磁,励磁调节器采用PLC一1A型可编程励磁调节器,并选配RS485通讯模块,把PLC采集的发电机组参数,励磁系统参数实时传送到计算机监控系统.:一4.电站自动化改造方案(1)基本情况.源口一级站建于1978年,原来的操作系统多为上世纪七八年代的产品,运行中主要有下列问题:体积大,回路复杂,连接电缆多,出现敝障不易查找,控制方式简单,运行人员劳动强度较大,严重影响机组的安全运行.为适应当代水电站的发展趋势,变现机组优化运行提高机组运行可靠性,以实现无人值班,少人值守的农村水电现代化目标,电站自动化改造选择计算机监控系统.(2)计算机监控系统的功能.实时采集电站主要设备的运行状态,参数;对电站各控制点和监视点进行臼动安全检测,越限报警,事故顺序记录及事故故障原I天I提示;具有良好的人机接口界面,生成各种运行统计和报表;实现全厂优化的自动发电控制和臼动电压控制;实现水轮发电机组的自动顺序起停摔制;断路器,隔离开关等重要电气设备投切操作以及监视和其它自动控制功能.(3)计算机监控系统结构配置及特点.电站计算机监控系统采用全微机综合自动化监控方式(全微机监控系统,按无人值班(少人值守)运行方式设计,调度软件采用杭州南望自动化有限公司的NJK200l.整个系统采用全分布开放式结构,由电站控制中心系统和现地控制单冗组成.控制中心硬件设备采用Intel技术,软件适合开放系统环境下运行,并具有成熟的运行经验.操作系统采用Windows操作系统,采用同际标准的基于Windows的全图形用户界面及网络接口,并符合开放系统的有关标准.源n一级水电站计算机监控系统控制中心设备包括一台厂级计算机兼操作员工作站,作为电站的控制中枢;一台通信/1=程师工作站,与厂长终端,语音报警,(水情测报)以及源口二,二,四级站遥测软件开发和人员培训之用.一台打印机;控制中心设备配置VPS和GPS卫星时钟各?套.现地控制保护单元共四套,三台机组对应于三套现地控制保护单元,变压器35kV线路,垒,公用设备及10kV线路设一套现地控制单元,变压器,35kV线路及l0kV线路设保护单庀.四.电站技改增容及自动化改造的实施源口水库管理处于2001年10月开始筹备,建立电站技改小组,同年l2月委托设计单位完成技改增容可研报告.技改方案于2003年3月经县经贸局批文立项,并经招投标