活動壩水電站增效擴容改造淺析

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【摘要】為了增強水電減排能力，增強工程安全保障，有效發(fā)揮惠農效應，充分發(fā)揮水電事業(yè)在農村中的作用，根據電站實際運行情況，在不增加原有機組臺數的前提下，對活動壩水電站進行增效擴容改造設計。工程改造后總裝機容量為2400kW，比改造前擴容480kW，擴容率25%，水輪機發(fā)電機組效率提高顯著。增效擴容改造以提高綜合能效和安全性能、促進水資源綜合利用、維護河流健康為目標，為工程增效減排做出了貢獻。

【關鍵詞】活動壩;水電站;增效擴容;設計方案

1工程概況

江蘇省淮安市淮陰區(qū)活動壩水電站，位于江蘇省楊莊閘北首350m處廢黃河舊河床上，與江蘇省楊莊閘平行，上游與淮河流域的廢黃河、淮沭河、大運河、鹽河五河相連(見圖1)。淮陰區(qū)活動壩水電站始建于1976年10月，1980年1月并網發(fā)電，安裝12臺TSJ-160kW同步發(fā)電機，12臺ZDJ-IW-120水輪機，

2臺電力變壓器，總裝機容量

1920kW，電站設計水頭3.50m，上游正常水位11.50m，下游正常水位7.86m，正常流量5m3/s，實測6m3/s，屬于低水頭、大流量、徑流式電站。電站主要為淮陰區(qū)居民及城鎮(zhèn)供電，電站以1回10kV輸電線路直接送至10kV，并入地區(qū)10kV電網。非發(fā)電期可調相運行，以提高附近地區(qū)用電質量。

2增效擴容必要性

電站在運行過程中，不斷對機組設備、廠房、水工建筑物等進行保養(yǎng)、維修和改造，做了很多工作，保持了活動壩水電站長期、穩(wěn)定、安全、可靠、高效的運行，但由于歷史原因，受到了方方面面的制約，特別是資金不足，設備、廠房、水工建筑物等已不能滿足水電站運行的要求，效率下降、效益滑坡，嚴重阻礙了活動壩水電站的可持續(xù)發(fā)展(見表1)。

3改造方案

3.1水輪機選擇

活動壩電站為低水頭電站，水頭變化很小。設計水頭5.00m條件下可采用軸流式水輪機。但因屬改造工程，在不影響原電站水工結構的前提下，改造優(yōu)先選用原軸流式水輪機?？晒┻x擇的水輪機轉輪型號有ZDL90/D120等，綜合考慮各機型的能量性能、汽蝕性能、機組造價以及運行工況區(qū)等因素后，確定最適合本站采用的機型［2］(見表2)。通過以上兩個方案比較分析可知:兩個方案對應的廠房土建造價基本相同，方案二的運行效率最高，兩方案機組運行高效區(qū)范圍均較優(yōu)越。機組造價方案一比方案二少1.2萬元。兩個方案均可很好地用于本電站?？紤]到本站屬改造方案，土建不允許有較大改變，而且要便于檢修、更換。經綜合比較并考慮到電站改造的特點，選用方案一的ZDT03-LMD-120機型，能很好滿足本站要求，因此采用ZDT03-LMD-120機型。

3.2電氣系統(tǒng)改造

3.2.1主接線設計。自10kV升壓站起的線路使用原變電所的輸電線路，全長5km。電桿采用22.5m的等徑水泥桿，導線采用70mm2的鋼芯鋁絞線，輸送容量2400kW。10kV出線采用單母線線路、變壓器組成接線，為了運行、檢修的可靠和方便，主變選用2臺，發(fā)電機400V電壓由2臺變壓器升壓后，經10kV母線并入地區(qū)電網。3.2.2站用電。電站站用電源取自發(fā)電機母線處，站用電壓采用380/220V三相四線制系統(tǒng)，由GCS屏經廠用配電屏供給負荷和照明［3］。3.2.3主變壓器設計。發(fā)電機電壓由2臺1600kVA主變升高至10kV，而后經10kV母線并入地區(qū)電網。主變型號為S11-1600/10/0.4，采用D/YO-11型連接，即高壓側繞組接成三角形，低壓繞組接成星形并中性點接地。主變高壓側為10kV，低壓側為0.4kV。站房內0.4kV低壓系統(tǒng)采用單母線分段接線，1～6號發(fā)電機接于第一段母線，7～12號發(fā)電機接于第二段母線，其優(yōu)點是安全可靠，運行靈活，布置簡單，維護檢修方便。主變保護設過流保護、過負荷保護、低電壓保護、溫度保護等，采用GE公司的T60保護單元，安裝于主變開關柜內。3.2.4其他電氣設備設計。電站電源由LGJ-70鋼芯鋁絞線接入，查標準該導線額定載流量為275A。該站12臺發(fā)電機運行時其高壓側電流為184.6A，該站現有10kV線路載流能力亦能滿足要求。根據回路工作電流對主變0.4kV母線、電動機回路0.4kV電纜的允許載流量進行了復核并校驗了其熱穩(wěn)定性，根據計算結果現有導體載流量雖能滿足要求，但因為鋁排腐蝕嚴重，影響載流能力，故更新為銅排。3.2.5勵磁裝置。發(fā)電機直流勵磁裝置，設計方案選用微機型勵磁裝置，并與站微機監(jiān)控系統(tǒng)相配套。根據電站增容要求相應增加勵磁變壓器容量。勵磁裝置選用WFL-10000型低壓發(fā)電機可控硅勵磁系列產品，該產品滿足中小型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)基本技術要求。3.2.6廠房暖通。本站主廠房為半地下式單層廠房，開闊空間高大，但因半地下站房無足夠的通風及采光窗戶，計劃在站房側安裝10臺軸流式風機進行強迫通風［4］。3.2.7消防設計。消防設計主要依據建設工程施工現場消防安全技術規(guī)范［5］及水利水電程設計防火規(guī)范等國家有關標準規(guī)定。消防設計以“預防為主、防消結合”和“確保重點、兼顧一般、便于管理、經濟適用”為原則。在確保消防安全的前提下，盡可能利用常用設備，減少投資費用，做到保證安全，方便使用，經濟合理。設計方案采用以消防水為主的消防方式，再輔以化學滅火機方式消防。按水電站的廠房尺寸和機組間距及單個消火栓的消火范圍，按間距12m分別布置2個消火栓。本站室內油桶直徑很小，不設油桶頂水噴霧頭。油類的消防采用以化學滅火機為主、水消火栓為輔的方式。

4電氣系統(tǒng)保護設計

4.1繼電保護繼電保護的功能是及時查明運行中電氣設備的故障，并能將故障部分自動斷開。為保證無故障部分的正常工作，要求繼電保護動作迅速，具有選擇性，保護采用微機保護裝置。4.1.1過流速斷保護。過流速斷保護利用其速斷部分作為相間短路保護，用于瞬時跳閘，迅速關閉導葉及信號。瞬時動作一次電流按發(fā)電機額定電流的1.4倍整定，該站發(fā)電機額定電流為362A，瞬時動作一次電流為506.8A。4.1.2過負荷保護。過負荷保護由裝在中相的過電流繼電器構成，當發(fā)電機過負荷時繼電器經一定時展動作于信號。電流繼電器的整定電流為發(fā)電機額定電流的1.2倍，即434.4A，動作時限為10s。4.1.3過電壓保護。過電壓保護由過速繼電器和過電壓繼電器構成。當水輪發(fā)電機組在運行中突然甩掉負荷時，就會產生飛車現象，轉速大大超過發(fā)電機額定轉速，這么高的轉速，勢必會造成過電壓，此時過速和過電壓繼電器則動作于迅速關閉導葉，后開關跳閘于信號并使水阻可靠地自動接入電路。過電壓繼電器動作電壓整定為額定值的1.2倍，即480V。

4.2防雷保護

4.2.1直接雷擊保護水電站防直接雷采用獨立的避雷針，主、副廠房利用裝設在屋頂的避雷帶保護。為了保護變電所不受雷擊的破壞，在變電所出線架設2km避雷線，在10kV出線始端裝設3只10kV氧化鋅避雷器，為使站房不被直接雷損壞，在站房頂高出女兒墻30cm用φ10圓鋼裝置一圈環(huán)形避雷帶，并與女兒墻及屋面鋼筋焊接后引下。4.2.2接地裝置。本站裝設兩組獨立的接地網，一組為避雷針接地網，接地電阻不大于10Ω，另一組為電站的工作接地網，即主接地網，其接地電阻不超過4Ω，接地裝置應盡量利用自然接地體，并與人工接地網、廠房鋼筋等用電焊牢固連接，成為整體。若不能滿足接地電阻要求，還需增設人工接地裝置或進行降阻處理。為了將本站各種不同用途和各種不同電壓的電氣設備可接地，采用由帶形和棒形接地體聯合組成的接地裝置。棒形接地體用12根每根長2.2m的φ25圓鋼打入地下，用40mm×4mm扁鋼連接成長方環(huán)形，其接地回路總長76.5m，水平鋪設在2.25m高程土層，與棒形接地體相焊接。接地電阻要求小于4Ω。接地網用12根φ16鋼筋沿中墻引伸至站房頂避雷網，在向上引伸過程中均需與水工建筑內的構造鋼筋焊接。另外，在主機層用40mm×4mm扁鋼與接地網引上鋼筋分別焊接引出作為電氣設備的保護接地與工作接地［6］。

5綜合評價

活動壩水力發(fā)電站，利用主汛期有效水位可發(fā)電約4個月，豐水年可達到5～6個月，在目前水力資源條件下，增效擴容改造設計方案實施后，水輪機效率提高近5%～8%;新葉輪水力模型效率可提高6%～9%，小功率節(jié)能型發(fā)電機效率比老高耗能發(fā)電機高出5%～7%，僅考慮水力發(fā)電機組性能，即可使效率提高11%～17%。通過更新節(jié)能型變壓器、載流體鋁排母線等配電設備，效率提高6%～9%，電站綜合效率可提高18%～27%，發(fā)電量及經濟效益等明顯提高(見表3)。

6結語

淮陰區(qū)活動壩水電站增效擴容改造后，充分利用了過水流量，加快了電站持續(xù)高效發(fā)展的步伐，提高了水能的利用效率，生產了更多的清潔電力，為本地區(qū)以及周邊地區(qū)的工農業(yè)生產、人民的生活做出了重大貢獻，取得了顯著的社會效益和經濟效益。

作者:張健 張巖 單位:淮陰區(qū)活動壩水利工程管理所 淮陰區(qū)淮高水利服務站