淺析石門(mén)水庫(kù)河床壩后水電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的改造

陳麒羽

(漢中市石門(mén)水庫(kù)管理局，陜西 漢中 723000)

1 工程概況

石門(mén)水庫(kù)是以灌溉為主結(jié)合發(fā)電、旅游等綜合利用的大(二)型水利樞紐工程。水庫(kù)位于漢江北岸一級(jí)支流褒河峽谷出口，距漢中市18 km。1969年動(dòng)工興建，1975年基本建成發(fā)揮效益，1983年正式驗(yàn)收交付使用。石門(mén)水庫(kù)河床壩后電站位于石門(mén)水庫(kù)壩后右岸250 m處，是以“灌溉為主，結(jié)合發(fā)電”的引水式電站。電站由河床壩后電站、河?xùn)|渠首電站和河西渠首電站三部分組成。全站原共有裝機(jī)6臺(tái)，總裝機(jī)容量40500 kW。2010年11月，電站自籌資金續(xù)建7號(hào)、8號(hào)機(jī)組，全站裝機(jī)臺(tái)數(shù)達(dá)到了8臺(tái)。

2013年11月，石門(mén)水電站進(jìn)行了河床壩后電站增效擴(kuò)容技術(shù)改造工程，2015年6月改造全部完成，電站總裝機(jī)容量達(dá)到44380 kW。

2 改造前發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備概況

河床電站1號(hào)～3號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原設(shè)計(jì)勵(lì)磁方式為直流勵(lì)磁機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁，型號(hào)是ZLS74/19-6。均為我國(guó)60年代產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，設(shè)備陳舊老化。加之電站屬地下廠(chǎng)房，滲漏水嚴(yán)重，環(huán)境潮濕大，特別是夏季開(kāi)機(jī)后十分悶熱，加速了金屬部件銹蝕和電氣設(shè)備絕緣老。勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低，運(yùn)行期間常發(fā)接地信號(hào)，被迫停機(jī)處理。勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子換向性能變差、火花大、碳刷易壞、更換頻繁，且噪音超標(biāo)。運(yùn)行和檢修人員工作量大，檢修費(fèi)用高，勵(lì)磁調(diào)節(jié)靈敏性差，在機(jī)組與系統(tǒng)并網(wǎng)時(shí)電壓調(diào)正遲緩，延長(zhǎng)了并網(wǎng)時(shí)間，減少了發(fā)電量。絕緣老化，故障頻發(fā)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組無(wú)法正常發(fā)電等一系列問(wèn)題，直接影響到值班人員的身心健康。此種現(xiàn)狀給電站安全可靠運(yùn)行埋下了很多隱患造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)現(xiàn)象。

3 第一次發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)改造

針對(duì)存在的問(wèn)題，石門(mén)水電站成立了技改小組，于2002年開(kāi)始逐步將危機(jī)電站正常發(fā)電的設(shè)備進(jìn)行更新?lián)Q代改造。2002年4月首先對(duì)河床2號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁進(jìn)行改造，經(jīng)過(guò)一年運(yùn)行，充分顯示了雙微機(jī)勵(lì)磁的優(yōu)點(diǎn)和設(shè)備的先進(jìn)性。2003年5月改造了河床1號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)；2004年5月改造了河床3號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。河床1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)均采用由武漢華中理工大學(xué)生產(chǎn)的WL-03型雙微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器代替原設(shè)計(jì)的直流勵(lì)磁機(jī)，該型設(shè)備為20世紀(jì)90年代產(chǎn)品，其主要特點(diǎn)是具有常規(guī)模擬式勵(lì)磁系統(tǒng)控制的全部調(diào)節(jié)、控制功能，而且具備常規(guī)勵(lì)磁控制沒(méi)有的許多控制、保護(hù)、限制、邏輯判斷、自診斷、容錯(cuò)、在線(xiàn)整定、參數(shù)顯示與現(xiàn)地各種標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，可與上級(jí)計(jì)算機(jī)通訊，便于實(shí)現(xiàn)無(wú)功成組調(diào)節(jié)和全廠(chǎng)集中控制，時(shí)間順序記錄功能。經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)行，實(shí)踐證明發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)改為微機(jī)勵(lì)磁是正確的，解決了長(zhǎng)期欠發(fā)無(wú)功問(wèn)題，基本滿(mǎn)足了電力系統(tǒng)的運(yùn)行要求。

4 第二次發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)改造

隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，近年來(lái)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備故障亦逐漸增加，逐漸暴露出許多缺陷，如調(diào)節(jié)性能不穩(wěn)定，均流能力差，調(diào)試復(fù)雜；停機(jī)檢修時(shí)間延長(zhǎng)等，勵(lì)磁變壓器沒(méi)有相應(yīng)的保護(hù)措施，也沒(méi)有配置溫度控制器，不符合實(shí)時(shí)監(jiān)視和實(shí)時(shí)報(bào)警的需求，且該型號(hào)設(shè)備已經(jīng)停產(chǎn)，對(duì)電站機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行和安全生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響。2013年底，石門(mén)水電站開(kāi)始對(duì)原電站內(nèi)的大部分機(jī)電設(shè)備進(jìn)行科學(xué)合理的系統(tǒng)改造。此次改造石門(mén)河床水電站1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備采用廣州擎天實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的EXC9100型全數(shù)字式靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，主要有勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜、多個(gè)功率柜、滅磁柜、起勵(lì)回路、勵(lì)磁變組成。勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜包括了A、B、C三調(diào)節(jié)通道、人機(jī)界面部分、對(duì)外接口及通訊模塊部分。勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部的勵(lì)磁調(diào)節(jié)通道、人機(jī)界面、智能IIU、功率單元、滅磁及過(guò)壓保護(hù)單元之間的數(shù)據(jù)交換通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)CAN總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)。其主要技術(shù)特點(diǎn)是系統(tǒng)數(shù)字化、功能軟件化、檢測(cè)智能化、應(yīng)用范圍廣。數(shù)字化主要體現(xiàn)在調(diào)節(jié)器、功率柜和滅磁柜，DSP數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、完善的通訊功能和智能化的調(diào)試手段等。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)緊湊，其功能單元完全模塊化。調(diào)節(jié)器合理地組裝在調(diào)節(jié)柜中，調(diào)節(jié)器人機(jī)界面是彩色液晶觸摸屏，功能完備，操作簡(jiǎn)便。電站設(shè)備巡檢人員可以通過(guò)人機(jī)界面很方便觀察勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行工作狀態(tài)，運(yùn)行操作人員在界面上可進(jìn)行增減勵(lì)磁以及運(yùn)行方式切換等操作，還可作為檢修人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試設(shè)備的工具，方便維護(hù)及檢修設(shè)備。人機(jī)界面還有故障記錄及故障報(bào)警等功能。勵(lì)磁系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方和現(xiàn)地兩種控制方式，EXC9100勵(lì)磁系統(tǒng)通過(guò)通信接口與本站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)LCU連接，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。運(yùn)行人員在電站中控室通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)方操作控制，是正常運(yùn)行中的主要控制方式。現(xiàn)地控制是在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和調(diào)節(jié)器人機(jī)界面進(jìn)行操作控制，一般僅在試驗(yàn)和緊急控制時(shí)使用。勵(lì)磁屏由調(diào)節(jié)控制柜、1號(hào)和2號(hào)功率整流柜和滅磁開(kāi)關(guān)柜組成。功率柜采用雙功率柜并聯(lián)運(yùn)行模式，每柜裝有一個(gè)三相全控整流橋。單橋額定輸出電流1000A，強(qiáng)勵(lì)電流2000A持續(xù)60s，整流橋退出1個(gè)支路仍能保證機(jī)組在所有運(yùn)行工況下正常運(yùn)行，包括強(qiáng)勵(lì)?？煽毓柩b置采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，每個(gè)整流柜設(shè)二臺(tái)低噪音風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)正常供電電源取機(jī)旁廠(chǎng)用電交流380V回路，當(dāng)此電源故障時(shí)自動(dòng)切換至勵(lì)磁變副方繞組連接的自用變電源回路。機(jī)組由220V直流系統(tǒng)供給備用起勵(lì)電源。滅磁開(kāi)關(guān)采用ABB開(kāi)關(guān)SACE系列E1B型直流斷路器，性能好，工藝水準(zhǔn)高，功能齊全。具有自動(dòng)防跳功能，具有電動(dòng)儲(chǔ)能和手動(dòng)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)。勵(lì)磁變壓器采用額定容量為250kVA的三相干式變壓器，安裝帶有電氣獨(dú)立的、可調(diào)的報(bào)警和跳閘接點(diǎn)的溫度指示器。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用自動(dòng)化程度高、性能良好的EXC9100型勵(lì)磁系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)近幾年的運(yùn)行實(shí)踐，消除了原勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備性能不穩(wěn)定、不能實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警、調(diào)試復(fù)雜等安全隱患和不足，設(shè)備運(yùn)行可靠性大大增強(qiáng)。滿(mǎn)足了電力系統(tǒng)運(yùn)行的要求。檢修維護(hù)方便，操作簡(jiǎn)單直觀，給工作人員減輕了很大的工作量和節(jié)約了維修材料費(fèi)用。實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和記錄以及勵(lì)磁設(shè)備自動(dòng)化管理。提高了發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性，滅磁可靠，更好地保證了開(kāi)、停機(jī)及電站正常發(fā)電運(yùn)行，生產(chǎn)條件得到改善，提高了水電站的生產(chǎn)效率。達(dá)到了“增效”改造的目的。