張 健 張 巖

(1.淮陰區(qū)活動壩水利工程管理所，江蘇 淮安 223300；2.淮陰區(qū)淮高水利服務(wù)站，江蘇 淮安 223300)

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)?；搓巺^(qū)活動壩水電站始建于1976年10月，1980年1月并網(wǎng)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(shè)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(wǎng)。非發(fā)電期可調(diào)相運行，以提高附近地區(qū)用電質(zhì)量。

圖1 活動壩水電站位置示意圖

2 增效擴容必要性

電站在運行過程中，不斷對機組設(shè)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(shè)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)。

表1 活動壩電站發(fā)電量統(tǒng)計

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(shè)計水頭5.00m條件下可采用軸流式水輪機。但因?qū)俑脑旃こ?，在不影響原電站水工結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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)。

表2 水輪機選型比較

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(jīng)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(shè)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(jīng)10kV母線并入地區(qū)電網(wǎng)。

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(jīng)廠用配電屏供給負荷和照明[3]。

3.2.3 主變壓器設(shè)計

發(fā)電機電壓由2臺1600kVA主變升高至10kV，而后經(jīng)10kV母線并入地區(qū)電網(wǎng)。主變型號為S11-1600/10/0.4，采用D/YO-11型連接，即高壓側(cè)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(cè)為10kV，低壓側(cè)為0.4kV。站房內(nèi)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(shè)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(guān)柜內(nèi)。

3.2.4 其他電氣設(shè)備設(shè)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(cè)電流為184.6A，該站現(xiàn)有10kV線路載流能力亦能滿足要求。

根據(jù)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(jù)計算結(jié)果現(xiàn)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(shè)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(jù)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(chǎn)品，該產(chǎn)品滿足中小型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)基本技術(shù)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(cè)安裝10臺軸流式風機進行強迫通風[4]。

3.2.7 消防設(shè)計

消防設(shè)計主要依據(jù)建設(shè)工程施工現(xiàn)場消防安全技術(shù)規(guī)范[5]及水利水電程設(shè)計防火規(guī)范等國家有關(guān)標準規(guī)定。消防設(shè)計以“預防為主、防消結(jié)合”和“確保重點、兼顧一般、便于管理、經(jīng)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(shè)備，減少投資費用，做到保證安全，方便使用，經(jīng)濟合理。

設(shè)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(nèi)油桶直徑很小，不設(shè)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(shè)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(shè)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(guān)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(gòu)成，當發(fā)電機過負荷時繼電器經(jīng)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(gòu)成。當水輪發(fā)電機組在運行中突然甩掉負荷時，就會產(chǎn)生飛車現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速大大超過發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速，這么高的轉(zhuǎn)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(guān)閉導葉，后開關(guān)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(shè)在屋頂?shù)谋芾讕ПＷo。為了保護變電所不受雷擊的破壞，在變電所出線架設(shè)2km避雷線，在10kV出線始端裝設(shè)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(shè)兩組獨立的接地網(wǎng)，一組為避雷針接地網(wǎng)，接地電阻不大于10Ω，另一組為電站的工作接地網(wǎng)，即主接地網(wǎng)，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(wǎng)、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(shè)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(shè)備可接地，采用由帶形和棒形接地體聯(lián)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(shè)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(wǎng)用12根φ16鋼筋沿中墻引伸至站房頂避雷網(wǎng)，在向上引伸過程中均需與水工建筑內(nèi)的構(gòu)造鋼筋焊接。另外，在主機層用40mm×4mm扁鋼與接地網(wǎng)引上鋼筋分別焊接引出作為電氣設(shè)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(shè)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(shè)備，效率提高6%～9%，電站綜合效率可提高18%～27%，發(fā)電量及經(jīng)濟效益等明顯提高(見表3)。

表3 活動壩電站發(fā)電量統(tǒng)計[2]

6 結(jié) 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(chǎn)了更多的清潔電力，為本地區(qū)以及周邊地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民的生活做出了重大貢獻，取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。