浅析万家塬水电站存在问题及处理措施

王选鸿

（陕西省石头河水库管理局 陕西 杨凌 712100）

1 水电站概况

万家塬水电站是利用石头河西安供水渠道上万家塬陡坡落差修建的渠道引水式电站。装设卧式水轮发电机组三台，额定容量3×320kW，设计水头22.2m，设计流量3×1.8m3/s,年利用小时5040h，设计年发电量492万kW·h。水轮机型号为HLA244－WJ－60，发电机型号 SFW320－10/1180。电站上网经过升压后就近并入眉县电力局管辖的10kV农网线路。

由于农网线路长，负荷分散且季节性强，故障点相对较多，加之电站自动化程度较低，多年来造成机组高频率甩负荷停机，这对于电站发电机组的安全、高效运行十分不利。主要表现为：①电站并网的10KV农网线路老化，跨越林区，因天气变化或人为因素，线路故障和无计划停电频繁。②农网所处的地域为辣椒、林果等经济作物主产区，每年5月～8月，辣椒、林果等这些经济作物正处于挂果成熟期，需水量大，使农网农灌负荷激增，超过日均负荷的四倍多，使系统电压由正常时的400V降到360V或更低。③万家塬水电站处于系统的末端，日电压变化比较大，最低只有360V，最高可达430V。

2 存在问题

（1）电站机组励磁系统原为TKL-11型可控硅静止励磁装置，该装置由南宁发电设备总厂提供，是与其水轮发电机组配套的一种自并励可控硅励磁装置，由控制电路（包括调节整定、检测放大、移相触发回路）、三相半控桥式整流电路等组成。其励磁电源由发电机出口侧的励磁变压器供给。这种励磁套装置调节器简单，缺少电流限制回路等必要的控制电路；三相半控桥直、交流侧也缺少必要的过电压保护装置。在运行中机组出现甩负荷时，不能强行减磁，减小励磁电流，来限制过电压；当三相半控桥的直流侧或交流侧过电压时，不能有效地保护可控硅元件，易造成可控硅、二极管被击穿，对机组造成损伤。

（2）电站调速器为TT-300型，由于手动运行机组甩负荷时只能靠人为手动关闭水轮机导叶，极易造成机组飞逸过速，使机组产生过电压，危及机组安全运行。

（3）电站厂用电系统由一台50kVA变压器T接于10kV并网线路供电。机组控制保护操作电源均取自厂用电系统的交流220V电源，当农网线路故障失电后厂用电也随之消失，机组保护装置不能可靠动作，主副厂房照明也会失去，直接影响电站机组安全运行。

3 改造方案

（1）去掉原励磁装置的控制电路，采用西安理工大学生产的JYT－K型励磁调节器，与原有的三相半控桥电路、励磁变压器、电压互感器、电流互感器，组成新的励磁装置。由于JYT－K型励磁调节器采用调差电路、调节整定电路、检测放大电路、电流限制电路、移相触发电路，替代了原来的控制电路，并装设机端电压调整、励磁电流调整、励磁开关、跟踪电网开关及断路器常闭接点，可同时跟踪发电机出口的电压和电流、系统的电压、励磁变压器副边侧的电压和电流的变化情况，迅速做出反应，安全、有效地保护发电设备。同时增加过电压吸收装置。①除了原有的整流桥硅元件上并联的RC电路外，在三相半控桥的交流侧安装了三相三角形接法的阻容吸收装置，用于吸收励磁变压器投切时发生的过电压。②在三相半控桥的直流侧装设阻容吸收装置，限制回路电感产生的操作过电压。③考虑到发电机进相运行发生失步或外部短路时，发电机转子侧产生对可控硅元件威胁较大的感应过电压，并且能量较大，只靠直流侧的阻容吸收是不够的，可在直流侧并联一只大阻容变阻器加以限制。④在主回路直流侧并联R-C吸收过电压保护电路，以吸收非同期并网、失步和系统故障产生的过电压。另外，由于进行电路改造后，取消了原来的机组残压起励，为保证对机组进行初始励磁，在可控硅直流侧并联了3V电池方向起励回路，以达到正常起励，为发电机的建压、并网做好准备。

（2）调速器改造主要采用西安理工大学生产的电液转换辅助控制装置，使发电机开关跳闸联动启动调速器油泵电机，在调速器作用下自动快速关闭水轮机导叶至空载位置，但以上设备正常动作的前提条件是发电机开关必须跳闸，根据电站设备实际情况，当由于线路失电或故障、事故，有时发电机开关不跳开，此情况下机组甩负荷，仍需要运行人员及时手动关机，有可能使机组产生飞车，为了防止飞车，给三台机组各加装过速保护装置一套，当机组转速上升到机组额定转速的130%时跳开发电机开关，关闭导叶。过速保护装置是每台机组安装一只ZKZ-2型转速监控装置及相应的保护接线。ZKZ-2型转速继电器面板上有 ＜35%ne、＜25%ne、＞105%ne指 示灯。当机组转速小于35%ne，大于95%ne，大于105%ne，各指示灯分别点亮，继电器装于机旁，这样可大大方便开停机操作及运行。

（3）为保证线路停电机组甩负荷事故状态时机组保护控制电源，增加保护回路电源在厂用电消失后自动切换到3#F机组出口母线装置，机组保护操作电源正常情况下由厂用电系统供给，线路停电或电站10kV开关跳闸厂用电系统失压时由3#F供给。为了保证事故情况下主、副厂房照明，主厂房、中控室、开关室增加事故照明，事故时厂用电失电后，事故照明电源由3#F供给，且事故灯自动点亮，正常情况下事故灯不亮，主副厂房照明电源由厂用电系统供给。

4 改造后效果

以上方案的实施，不仅有先进技术的支持，又有细致的技术分析，经过实践的检验，符合电站安全运行要求，也提高了电站自动化水平，降低了运行压力，达到了预防事故，提高效益的目的。

（1）改造后的励磁装置静态调节精度提高，调节速度快，调节过程稳定，工作可靠，提高了水轮发电机组的稳定性，降低设备运行期的维修费用。

（2）改造后的调速器能有效地防止机组甩负荷飞车，提高了水轮发电机组的可靠性和自动化水平。

（3）改造后的厂用电自动转换供电系统保证了机组在系统失电后仍能够安全可靠运行，极大地提高了电站设备的安全运行保障水平。陕西水利