王選鴻

（陜西省石頭河水庫管理局 陜西 楊凌 712100）

1 水電站概況

萬家塬水電站是利用石頭河西安供水渠道上萬家塬陡坡落差修建的渠道引水式電站。裝設(shè)臥式水輪發(fā)電機(jī)組三臺，額定容量3×320kW，設(shè)計(jì)水頭22.2m，設(shè)計(jì)流量3×1.8m3/s,年利用小時(shí)5040h，設(shè)計(jì)年發(fā)電量492萬kW·h。水輪機(jī)型號為HLA244－WJ－60，發(fā)電機(jī)型號 SFW320－10/1180。電站上網(wǎng)經(jīng)過升壓后就近并入眉縣電力局管轄的10kV農(nóng)網(wǎng)線路。

由于農(nóng)網(wǎng)線路長，負(fù)荷分散且季節(jié)性強(qiáng)，故障點(diǎn)相對較多，加之電站自動(dòng)化程度較低，多年來造成機(jī)組高頻率甩負(fù)荷停機(jī)，這對于電站發(fā)電機(jī)組的安全、高效運(yùn)行十分不利。主要表現(xiàn)為：①電站并網(wǎng)的10KV農(nóng)網(wǎng)線路老化，跨越林區(qū)，因天氣變化或人為因素，線路故障和無計(jì)劃停電頻繁。②農(nóng)網(wǎng)所處的地域?yàn)槔苯?、林果等?jīng)濟(jì)作物主產(chǎn)區(qū)，每年5月～8月，辣椒、林果等這些經(jīng)濟(jì)作物正處于掛果成熟期，需水量大，使農(nóng)網(wǎng)農(nóng)灌負(fù)荷激增，超過日均負(fù)荷的四倍多，使系統(tǒng)電壓由正常時(shí)的400V降到360V或更低。③萬家塬水電站處于系統(tǒng)的末端，日電壓變化比較大，最低只有360V，最高可達(dá)430V。

2 存在問題

（1）電站機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)原為TKL-11型可控硅靜止勵(lì)磁裝置，該裝置由南寧發(fā)電設(shè)備總廠提供，是與其水輪發(fā)電機(jī)組配套的一種自并勵(lì)可控硅勵(lì)磁裝置，由控制電路（包括調(diào)節(jié)整定、檢測放大、移相觸發(fā)回路）、三相半控橋式整流電路等組成。其勵(lì)磁電源由發(fā)電機(jī)出口側(cè)的勵(lì)磁變壓器供給。這種勵(lì)磁套裝置調(diào)節(jié)器簡單，缺少電流限制回路等必要的控制電路；三相半控橋直、交流側(cè)也缺少必要的過電壓保護(hù)裝置。在運(yùn)行中機(jī)組出現(xiàn)甩負(fù)荷時(shí)，不能強(qiáng)行減磁，減小勵(lì)磁電流，來限制過電壓；當(dāng)三相半控橋的直流側(cè)或交流側(cè)過電壓時(shí)，不能有效地保護(hù)可控硅元件，易造成可控硅、二極管被擊穿，對機(jī)組造成損傷。

（2）電站調(diào)速器為TT-300型，由于手動(dòng)運(yùn)行機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)只能靠人為手動(dòng)關(guān)閉水輪機(jī)導(dǎo)葉，極易造成機(jī)組飛逸過速，使機(jī)組產(chǎn)生過電壓，危及機(jī)組安全運(yùn)行。

（3）電站廠用電系統(tǒng)由一臺50kVA變壓器T接于10kV并網(wǎng)線路供電。機(jī)組控制保護(hù)操作電源均取自廠用電系統(tǒng)的交流220V電源，當(dāng)農(nóng)網(wǎng)線路故障失電后廠用電也隨之消失，機(jī)組保護(hù)裝置不能可靠動(dòng)作，主副廠房照明也會(huì)失去，直接影響電站機(jī)組安全運(yùn)行。

3 改造方案

（1）去掉原勵(lì)磁裝置的控制電路，采用西安理工大學(xué)生產(chǎn)的JYT－K型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，與原有的三相半控橋電路、勵(lì)磁變壓器、電壓互感器、電流互感器，組成新的勵(lì)磁裝置。由于JYT－K型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用調(diào)差電路、調(diào)節(jié)整定電路、檢測放大電路、電流限制電路、移相觸發(fā)電路，替代了原來的控制電路，并裝設(shè)機(jī)端電壓調(diào)整、勵(lì)磁電流調(diào)整、勵(lì)磁開關(guān)、跟蹤電網(wǎng)開關(guān)及斷路器常閉接點(diǎn)，可同時(shí)跟蹤發(fā)電機(jī)出口的電壓和電流、系統(tǒng)的電壓、勵(lì)磁變壓器副邊側(cè)的電壓和電流的變化情況，迅速做出反應(yīng)，安全、有效地保護(hù)發(fā)電設(shè)備。同時(shí)增加過電壓吸收裝置。①除了原有的整流橋硅元件上并聯(lián)的RC電路外，在三相半控橋的交流側(cè)安裝了三相三角形接法的阻容吸收裝置，用于吸收勵(lì)磁變壓器投切時(shí)發(fā)生的過電壓。②在三相半控橋的直流側(cè)裝設(shè)阻容吸收裝置，限制回路電感產(chǎn)生的操作過電壓。③考慮到發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行發(fā)生失步或外部短路時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)產(chǎn)生對可控硅元件威脅較大的感應(yīng)過電壓，并且能量較大，只靠直流側(cè)的阻容吸收是不夠的，可在直流側(cè)并聯(lián)一只大阻容變阻器加以限制。④在主回路直流側(cè)并聯(lián)R-C吸收過電壓保護(hù)電路，以吸收非同期并網(wǎng)、失步和系統(tǒng)故障產(chǎn)生的過電壓。另外，由于進(jìn)行電路改造后，取消了原來的機(jī)組殘壓起勵(lì)，為保證對機(jī)組進(jìn)行初始勵(lì)磁，在可控硅直流側(cè)并聯(lián)了3V電池方向起勵(lì)回路，以達(dá)到正常起勵(lì)，為發(fā)電機(jī)的建壓、并網(wǎng)做好準(zhǔn)備。

（2）調(diào)速器改造主要采用西安理工大學(xué)生產(chǎn)的電液轉(zhuǎn)換輔助控制裝置，使發(fā)電機(jī)開關(guān)跳閘聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)調(diào)速器油泵電機(jī)，在調(diào)速器作用下自動(dòng)快速關(guān)閉水輪機(jī)導(dǎo)葉至空載位置，但以上設(shè)備正常動(dòng)作的前提條件是發(fā)電機(jī)開關(guān)必須跳閘，根據(jù)電站設(shè)備實(shí)際情況，當(dāng)由于線路失電或故障、事故，有時(shí)發(fā)電機(jī)開關(guān)不跳開，此情況下機(jī)組甩負(fù)荷，仍需要運(yùn)行人員及時(shí)手動(dòng)關(guān)機(jī)，有可能使機(jī)組產(chǎn)生飛車，為了防止飛車，給三臺機(jī)組各加裝過速保護(hù)裝置一套，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升到機(jī)組額定轉(zhuǎn)速的130%時(shí)跳開發(fā)電機(jī)開關(guān)，關(guān)閉導(dǎo)葉。過速保護(hù)裝置是每臺機(jī)組安裝一只ZKZ-2型轉(zhuǎn)速監(jiān)控裝置及相應(yīng)的保護(hù)接線。ZKZ-2型轉(zhuǎn)速繼電器面板上有 ＜35%ne、＜25%ne、＞105%ne指 示燈。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速小于35%ne，大于95%ne，大于105%ne，各指示燈分別點(diǎn)亮，繼電器裝于機(jī)旁，這樣可大大方便開停機(jī)操作及運(yùn)行。

（3）為保證線路停電機(jī)組甩負(fù)荷事故狀態(tài)時(shí)機(jī)組保護(hù)控制電源，增加保護(hù)回路電源在廠用電消失后自動(dòng)切換到3#F機(jī)組出口母線裝置，機(jī)組保護(hù)操作電源正常情況下由廠用電系統(tǒng)供給，線路停電或電站10kV開關(guān)跳閘廠用電系統(tǒng)失壓時(shí)由3#F供給。為了保證事故情況下主、副廠房照明，主廠房、中控室、開關(guān)室增加事故照明，事故時(shí)廠用電失電后，事故照明電源由3#F供給，且事故燈自動(dòng)點(diǎn)亮，正常情況下事故燈不亮，主副廠房照明電源由廠用電系統(tǒng)供給。

4 改造后效果

以上方案的實(shí)施，不僅有先進(jìn)技術(shù)的支持，又有細(xì)致的技術(shù)分析，經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)，符合電站安全運(yùn)行要求，也提高了電站自動(dòng)化水平，降低了運(yùn)行壓力，達(dá)到了預(yù)防事故，提高效益的目的。

（1）改造后的勵(lì)磁裝置靜態(tài)調(diào)節(jié)精度提高，調(diào)節(jié)速度快，調(diào)節(jié)過程穩(wěn)定，工作可靠，提高了水輪發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性，降低設(shè)備運(yùn)行期的維修費(fèi)用。

（2）改造后的調(diào)速器能有效地防止機(jī)組甩負(fù)荷飛車，提高了水輪發(fā)電機(jī)組的可靠性和自動(dòng)化水平。

（3）改造后的廠用電自動(dòng)轉(zhuǎn)換供電系統(tǒng)保證了機(jī)組在系統(tǒng)失電后仍能夠安全可靠運(yùn)行，極大地提高了電站設(shè)備的安全運(yùn)行保障水平。陜西水利