運行與管理

世界幾大水電站的升級改造

水電站廠房設(shè)備的升級改造有助于延長其工作壽命，還有助于提高效率甚至增加發(fā)電量。以中國臺灣、挪威、芬蘭、瑞士、瑞典、南非等幾座水電站廠房機(jī)組升級改造為例，介紹了水電站廠房設(shè)備升級改造的最新資訊以及對廠房設(shè)備升級改造方案有幫助的市場產(chǎn)品信息。

水電站廠房；水電站機(jī)組；升級改造

1 中國臺灣明潭水電站的升級改造

中國臺灣電力公司近來委托美國通用電氣公司(GE)的電力轉(zhuǎn)換業(yè)務(wù)部為明潭抽水蓄能電站提供升級改造服務(wù)，通過升級改造，該水電站的使用壽命將延長20 a。

明潭抽水蓄能電站是臺灣最大的水電站，裝機(jī)容量1 602 MW，在地區(qū)清潔能源供應(yīng)方面起到重要作用。根據(jù)服務(wù)合同，GE公司將升級改造兩組啟動變頻器(SFC)控制系統(tǒng)，以此提高電站的諧波水平。此外，GE公司也將提供不間斷供電(UPS)系統(tǒng)并進(jìn)行工廠驗收試驗(FAT)及現(xiàn)場測試。這些工作不影響電站的正常運行。GE公司的解決方案也將允許以熱能和水能啟動電機(jī)。

GE公司提供的SFC控制系統(tǒng)同樣可應(yīng)用在隸屬于臺灣電力公司的熱電站。

2 挪威兩大水電站的升級改造

德國福伊特水電公司已與錫拉-克維納克拉夫賽爾斯卡普DA(Sira-Kvina Kraftselskap DA)公司簽署了為通斯塔德(Tonstad)、索爾霍姆(Solhom)兩大水電站廠房控制系統(tǒng)升級改造的合同，合同金額為3 890萬美元(3.2 億挪威克朗)。

合同內(nèi)容包括兩座電站控制系統(tǒng)、電力輔助系統(tǒng)的升級和現(xiàn)代化改造，將其舊的繼電器控制系統(tǒng)升級為基于可編程邏輯控制器(PLC)的繼電器控制系統(tǒng)。除了機(jī)組的控制系統(tǒng)外，還會對復(fù)雜中壓系統(tǒng)和超高壓系統(tǒng)的保護(hù)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。

通斯塔德水電站是挪威最大水電站，其年均發(fā)電量達(dá)3 800 GW·h。因此在挪威能源供應(yīng)方面作用重大，并于1968年首批加入國家能源網(wǎng)。增容改造自2017年春從輔助系統(tǒng)開始，將進(jìn)行一年一度的逐步調(diào)試。全部5臺機(jī)組的新控制系統(tǒng)將在2018～2022年期間試車。

索爾霍姆水電站升級改造的一部分將于2019年與輔助系統(tǒng)調(diào)試安裝同步進(jìn)行，機(jī)組的新控制系統(tǒng)將于2020年和2021年進(jìn)行安裝。該水電站裝配兩臺混流式水輪機(jī)，年均發(fā)電量為695 GW·h。通斯塔德水電站與索爾霍姆水電站總計向大約230 000戶家庭供電。

這兩座水電站項目經(jīng)理表示，升級改造工程著實令人激動但也任務(wù)艱巨，其中存在多項技術(shù)挑戰(zhàn)。在升級改造中必須保證另外的機(jī)組能滿負(fù)荷運行。得益于有豐富的經(jīng)驗及與客戶的密切合作，這支高效專業(yè)團(tuán)隊才能按期圓滿完成任務(wù)。

福伊特水電公司首席執(zhí)行官(CEO)助理補充到，很榮幸獲得錫拉-克維納公司的這個知名項目，這是挪威水電市場中能獲得的最大單項自動化合同。

3 世界知名公司承擔(dān)的水電站改造項目

3.1 芬蘭電力機(jī)械公司

電站廠房中最重要的設(shè)備當(dāng)然是水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)。近來在世界范圍內(nèi)完成的水電站升級改造項目都增大了電站發(fā)電量。以芬蘭為例， 2016年11月份努朱阿(Nuojua)水電站一臺舊機(jī)組進(jìn)行了現(xiàn)代化改造，裝機(jī)容量從25 MW增加到 34.2 MW。

電力機(jī)械公司(Power Machines)制造并提供了帶有推力軸承基座的水輪發(fā)電機(jī)定子，監(jiān)督安裝，并進(jìn)行了調(diào)試，這標(biāo)志著努朱阿水輪發(fā)電機(jī)3臺機(jī)組現(xiàn)代化改造工程正式啟動。

幾家聯(lián)合企業(yè)在2014年共同簽署了水電機(jī)組現(xiàn)代化改造的協(xié)議，并共同完成了附屬設(shè)備的拆解、裝配及供應(yīng)。

3.2 美國通用電氣公司

在美國GE公司可再生能源部宣布更換努朱阿電站的3臺臥式水輪機(jī)后，瑞士沃利斯地區(qū)的莫泰克(Mottec)水電站的裝機(jī)容量也有望從69 MW增加到88 MW。

在已簽署的一份協(xié)議中，GE公司將為這座運行了57 a的電站設(shè)計、制造并輸送新的發(fā)電機(jī)。該設(shè)備設(shè)計工作將由GE公司小水電卓越中心承擔(dān)，之后由同樣位于西班牙畢爾巴鄂的新發(fā)電機(jī)廠制造。新機(jī)組變壓器容量為37 MVA，優(yōu)于GE公司FMG項目的29 MVA。預(yù)計該項目首臺發(fā)電機(jī)將在2018年投入使用。

3.3 瑞典CKO公司

瑞典CKD Blansko股份公司贏得了瑞典境內(nèi)瓦辛科斯基(V?ssinkoski)水電站廠房更新改造的合同。根據(jù)合同，CKD公司需對水輪機(jī)徹底改造。該公司也將與其他公司合作，對水輪機(jī)實施改造。

瓦辛科斯基水電站自1967年便開始投入運行，該電站座落在烏沙(Orsa)市和斯韋格(Sveg)市之間的厄勒(Ore?lven)河上，并配有一臺輸出功率11.6 MW、轉(zhuǎn)輪半徑1 545 mm的單個混流式立式水輪機(jī)。該電站即將于2017年完工。

3.4 德國福伊特公司

早在2016年6月，福伊特公司宣布將對南非德拉肯德堡(Drakensberg)抽水蓄能電站的3臺發(fā)電機(jī)進(jìn)行現(xiàn)代化改造。這項投資1 100萬歐元的項目包括這3臺發(fā)電機(jī)直到2018年正常運行期間的制造、安裝及調(diào)試。

這是福伊特公司從德拉肯德堡水電站獲得的第一筆訂單，該電站機(jī)組由南非能源供應(yīng)商艾斯科姆(Eskom)公司安裝。投標(biāo)期間，福伊特公司用技術(shù)理念說服運營商通過專業(yè)措施提高發(fā)電機(jī)性能。

福伊特水電公司德拉肯德堡項目電力專家與技術(shù)支持部經(jīng)理阿爾托夫表示，采取這些措施可降低機(jī)組運行溫度及機(jī)械振動，因此其運行壽命能大大延長。機(jī)組更新后至少能延長40 a的使用壽命。

德拉肯德堡水電站總裝機(jī)容量為1 000 MW，在南非同類項目中排名第二。該水電站最獨特之處為其電站廠房完全建在地下。4臺可逆式水泵水輪機(jī)全部置于地下，只有輸電線桿和線路能地面可見。該電站從1981年運行至今，對穩(wěn)定電網(wǎng)貢獻(xiàn)頗大，并能產(chǎn)生所需的發(fā)電量或儲存盈余電能，從而對電力需求波動性迅速做出反應(yīng)。多目標(biāo)效益電站的靈活性對南非電網(wǎng)穩(wěn)定及電力供應(yīng)質(zhì)量都非常重要。

4 電站數(shù)字化管理與設(shè)備管理平臺

GE公司于11月份宣布將極力向電站業(yè)主、電網(wǎng)運營商和能源管理者推廣應(yīng)用基于Predix平臺的軟件系列。GE公司為水電運營商展示了數(shù)字水電站，即GE公司第4代基于Predix平臺數(shù)字電站解決方案。GE公司在聲明中表示，數(shù)字水電站延伸了GE公司的水電數(shù)字化解決方式，產(chǎn)生直接效益，包括最高降低10%的維護(hù)費，電站運用效率增加1%并最高增加3%的收益。

數(shù)字水電站引入了一套軟件應(yīng)用程序和硬件解決方案，來幫助水電客戶在電站使用年限期間提高其可靠性、效率、網(wǎng)絡(luò)安全和利潤。該系列包括：

(1) 資產(chǎn)績效管理(APM)。Predix平臺的APM能幫助水電站最高降低10%的維護(hù)費。異常預(yù)測檢測和長期預(yù)測能提前數(shù)小時或數(shù)周警示故障。GE公司表示，APM能通過消除水電站計劃外停機(jī)并預(yù)測維修情況而使發(fā)電量增加1%。

(2) 運行優(yōu)化。此應(yīng)用程序向電站運營商提供了基準(zhǔn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的電站性能，并在如何提高產(chǎn)能、效率及靈活性方面給出了建議。這樣就提高了生產(chǎn)力，降低了發(fā)電成本(LCoE)并加強(qiáng)了停運管理(從空轉(zhuǎn)至滿負(fù)荷運行整個過程用時不到80 s)。該軟件著重于熱性能指標(biāo)(表示輸出功率或效率的可能損耗)和操作靈活性(電站如何充分滿足運行需求)。

(3) 業(yè)務(wù)優(yōu)化。水供應(yīng)的多變性使水電站運營商很難在招投標(biāo)時期作出準(zhǔn)確預(yù)測。GE公司的業(yè)務(wù)優(yōu)化應(yīng)用能通過比較歷史數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)來提高短期和長期發(fā)電量預(yù)測的精確度，潛在增加3%的發(fā)電量。

2016年6月，GE公司在明尼阿波利斯的國際水電展上展示了其最新的水電站數(shù)字智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(iCMS)。

作為GE公司資產(chǎn)績效管理方案的一部分，iCMS使用機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)來提高電站的監(jiān)控維護(hù)效率，并能額外產(chǎn)生最高1%的發(fā)電量。該系統(tǒng)收集并分析了一些像溫度、振動速度、加速度、角速度之類的實時數(shù)據(jù)，以此找尋電站機(jī)械、電子方面的故障或失能的早期跡象。然后電力企業(yè)和GE公司工程師就可以通過特別定制的虛擬現(xiàn)實人機(jī)界面訪問數(shù)據(jù)，該界面可將信息轉(zhuǎn)換為交互式直觀可視的實體畫面。所有這些分析都會報告給預(yù)測模型，以識別并診斷出未來可能會出現(xiàn)故障的組件，使維修程序盡可能順利、快捷。

iCMS已用于支持位于法國西南的由EDSB公司運行管理的蓬特鮑爾迪(Pont Baldy)水電站。自2015年12月起，iCMS每月會收集和分析大概2 TB的原始數(shù)據(jù)，并分析處理公司早前收集的歷時3 a的溫度、維修和停機(jī)等數(shù)據(jù)。因此，GE公司能生成對水輪機(jī)組件剩余壽命診斷性的評價，計算電站的健康指數(shù)，并提出運行和維護(hù)方面的建議。

2016年年初，艾默生公司(Emerson)宣布推出全面資產(chǎn)測控平臺，以提高可靠性及電站發(fā)電效率。

AMS ARES設(shè)備管理平臺是設(shè)計用來按優(yōu)先順序排列并發(fā)布資產(chǎn)及設(shè)備健康數(shù)據(jù)的平臺，使維護(hù)決策能夠改善運行狀況，并提高資產(chǎn)的利用率。該公司表示，無論何時何地，用戶都能在安裝有資產(chǎn)健康概要分析程序的傳統(tǒng)臺式電腦、筆記本電腦、智能手機(jī)、電站內(nèi)外的平板電腦上安全訪問、共享關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

AMS ARES設(shè)備管理平臺的引入代表著AMS技術(shù)和服務(wù)朝著新現(xiàn)代投資組合演變，集中提供數(shù)字智能工具來幫助客戶更有效地運行管理其電站和資產(chǎn)。作為艾默生公司電網(wǎng)數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)的一部分，AMS ARES設(shè)備管理平臺利用多項傳感技術(shù)收集數(shù)據(jù)并整體評估廠房設(shè)備資產(chǎn)當(dāng)前的健康狀況。

基于Persona開發(fā)的信息準(zhǔn)入程序能確保具備相應(yīng)資格的電站工作人員即時獲得明晰的資產(chǎn)健康狀況概要。根據(jù)危機(jī)程度分配優(yōu)先級的流線型儀表盤和嵌入式工具，便于用戶快速確定問題的危機(jī)程度，促使工作流程加快，增加電站效益。

電站工作人員在需要時要適時掌握資產(chǎn)健康狀況。艾默生公司自動化解決方案業(yè)務(wù)開發(fā)部副主席表示，公司致力于提供問題出現(xiàn)前的預(yù)防性問題信息的解決方案。通過提供一個安全、靈活、易于部署，且能就多類資產(chǎn)問題進(jìn)行溝通的平臺，能以最少的努力并在合適的時間向所有相關(guān)人員提供資產(chǎn)健康數(shù)據(jù)。

AMS ARES平臺標(biāo)志著一個從數(shù)據(jù)管理到輸送決策見解的顯著轉(zhuǎn)變。資產(chǎn)可視化程度越高，并非意味著能獲取更多的數(shù)據(jù)。AMS ARES平臺根據(jù)職責(zé)發(fā)布信息，因此每個人都只會看到與自己職責(zé)相關(guān)的數(shù)據(jù)。

作為與工業(yè)生產(chǎn)過程同步演變的設(shè)計平臺，AMS ARES平臺充分利用了OPC UA開源架構(gòu)。該平臺可為用戶提供人機(jī)界面、整合歷史數(shù)據(jù)、獲取商業(yè)情報與報表工具，使資產(chǎn)健康真正成為業(yè)務(wù)操作系統(tǒng)界面中的一部分。

劉可薇柯學(xué)莎譯

(編輯：朱曉紅)

TV731

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2017-05-21

1006-0081(2017)09-0031-03