论文部分内容阅读
摘 要：金华市沙畈二级电站由于历史原因，部分设备因技术落后、故障率高，阻碍了电站安全稳定运行，电站决定采用“逐年改造、分项更新”的方针，对这部分设备逐年进行技术改造，取得了良好的效果，对其他电站的技术改造有一定的借签作用。
关键词：电站；设备；技术改造
中图分类号： TU271.1 文献标识码： A 文章编号：
一 概述
金华市沙畈二级电站位于沙畈水库下游金华市婺城区沙畈乡山脚村，距金华市区40公里。电站利用沙畈一级电站尾水与金兰水库之间的落差，进行梯级开发。装机2×5000kw，设计年平均发电量1983万kwh，于2000年6月并网发电。
由于历史原因，电站部分设备在投产几年后，开始出现各种故障，再加上电子设备元件开始老化，部分设备故障率开始增高，极大地阻碍了电站安全、可靠、高效运行的目标。为此，电站管理者采用了“逐年改造、分项更新”的方针，在不防碍电站正常运行发电的情况下，逐年投入部分资金，利用年终枯水期年度检修期，逐年分项对该部分设备进行技术改造。至2012年底，已逐步对直流系统、高压开关、调整器系统、微机监控系统、保护系统进行了技术改造，取得了良好的效果。
二 直流系统的技改
沙畈二级电站原直流系统由型号为GDZ1W10-100/220-M微机可控硅直流充电装置、100AH免维护铅酸蓄电池及相关馈电回路组成。由于该系统采用的充电方式是传统相控技术，受技术条件所限，存在很多缺陷，譬如体积大、输出纹波系数大、无法监控和管理电池，特别是其相控电路复杂，一旦损坏不易修复，给电站维护人员带来了很大的困难。在电站投产几年后，陆续出现了主充机故障、强充浮充不能自动转换等毛病，后来更是出现了浮充机彻底不能工作的故障，直流系统一直只能由一套充电机工作，可靠性大大降低，万一这套充电机再损坏，将对电站的正常运行造成极大的障碍。基于此，2006年，电站决定对直流系统进行改造。
自上世纪60年代以来，开关电源技术开始发展，因其体积小、重量轻以及高效率、高性能等优点，在工业和家电行业得到了广泛应用。高频开关直流电源系统，以其模块化结构、高性能指标、高效率和高功率的特点，为免维护电池的运行提供了可靠的保障，高频开关直流电源取代可控硅整流装置已成必然。下表列举了两者的性能指标：
技术指标 稳压精度 稳流精度 纹波系数 效率 功率因素
可控硅整流直流电源 ≤±0.5﹪ ≤±0.5﹪ ≤0.05﹪ ﹥94﹪ ﹥0.92
高频开关直流电源 ≤±2.0﹪ ≤±5.0﹪ ≤2.0﹪ ﹥75﹪ ﹥0.70
表1 可控硅整流直流电源与高频开关直流电源性能指标对照表
高频开关直流电源还有可实现系统结构模块化、计算机监控、智能电池管理、“四遥”功能等优点，而可控硅整流直流电源都没有。另外，高质量的开关电源一方面减少了对电池的脉动充放电，并可根据电池特性设置充电曲线，延长了电池的寿命，同时提高了直流供电质量和效率；在系统的可靠性上，高频开关电源的均流技术可实现N+1冗余备份；高频开关电源的模块化结构支持带电插拔，以实现在线维护。
基于高频开关电源的诸多可控硅整流电源没有的优点，考虑到原馈电回路工作一直正常，电站决定采用以高频开关电源充电装置取代原充电机的方法对直流系统进行改造，其他方面则给予保留。
经过与多家高频开关电源厂家接触，并通过技术、经济比较，最后选定本省一家公司的产品，主要配置包括电源监视单元1台、高频斩波模块一块3块、高频降压模块1块。改造于2006年底完成，完成后直流系统运行稳定，可靠性高。
三 高压开关的技改
沙畈二级电站原高压开关采用少油断路器，这种断路器的缺点是燃弧时间长，动作较慢，检修周期长，维修工作量大，随着科学技术的进步及对供电可靠性提出更高的要求，决定对其进行技术改造，确定用真空断路器替代少油断路器。
真空断路器特点：1、在真空中熄弧，电弧和炽热气体不外露，不飞溅到其它物体上。2、由于真空中耐压强度高，触头之间距离大大缩短，相应的动作行程也短的多，动导杆的惯性小，适用于频繁操作。3、由于真空断路器的结构特点使其具有，熄弧时间短、弧压低、电弧能量小、触头损耗小，开断次数多。4、操作机构小且重量轻，控制功率小，没有火灾和爆炸危险，故安全可靠。5、触头密封在真空中，不会因受潮气、灰尘及有害气体等影响而降低其技术性能。6、真空断路器在遮断短路电流时，待故障排除后，无需检修真空断路器即可投入运行。
改造方案可分为两类;一是开关柜的整体更新；二是保留开关柜的柜体，仅对内部电气设备进行更新换代。第一种方案其投资大、改造工作量大、停电时间长，第二种方案具有投资少、改造工作量小、停电时间短等优点而被广泛采用。我们采用最终确定采用第二种方案，并于2007年底年度检修时对其进行了技术改造，取得很好的效果，即节约了技术改造费用，又减少因改造停电影响生产的时间，是今后开关柜实施技术改造应推广的实用技术方案。四 调速器的技改
沙畈二级电站投产时调整器采用主机生产厂配套的型号为的微机调速器，该调速器为该厂生产的第一代产品，由于历史原因，技术不成熟，产品可靠性很差，曾经多次造成电站不能正常开机运行，为此，我们决定对其进行更新改造，经多方选择，我们最后选定浙江某电控厂家生产的YWT-1800型可编程微机调速器，于2008年12月改造成功。
YWT-1800型可编程微机调速器的PLC选用德国西门子S7-CPU224XP作为其CPU单元，它的工作电源为DC24V。该CPU单元本身带有14点开关量输入和10点开关量输出，以两路模拟量输入和一路模拟量输出。另外它还有一路RS485通迅端口用于与上位机通讯、一路RS485/232端口与触摸屏通讯。它能方便地处理开关量，模拟量，进行计算、控制、回路调节。其硬件可得到灵活多样的扩展和组合，并能用高级语言编程，具备大型机的分析运算能力。采用台湾Easyview触摸屏，通过与PLC通迅连接，可以显示出调速器和机组的主要参数和运行状态，还可以通过触摸屏方便的修改整定值，方便的實现了人机对话。软件也具备模块结构，系统扩展时只需在原有基础上叠加运用软件模块。CPU运行效率高，用户存储器容量大。这些优越性都为智能性水轮机调速器提供了强有力的资源保证。
五 微机监控系统的技改
电站原监控系统采用的上位机、下位机及西门子S7-200 PLC，由于运行时间较长，设务老化严重，且由于电子产品更新换代很快，市场上已无备品可更换，所以电站决定将三台前置工控机、一台上位主机和原PLC进行改造，具体如下：
1、原上位工控机整个更新，更新计算机采用西门子Siemens工控机。
2、机组当地控制单元中的可编程序控制器(PLC)采用最新型号的S7-200 PLC，工控机更换为Proface 10.4”触摸屏，屏上开孔作修补，现地通讯由工控机改成网络通信服务器，原机组温度量的采样由工控机完成改为模拟量转成RS485通信完成，触摸屏与PLC通过通讯口连接。
3、公用当地控制单元中的可编程序控制器(PLC) 采用最新型号的S7-200 PLC，工控机更换为Proface 10.4”触摸屏，屏上开孔作修补，现地通讯由工控机改成网络通信服务器，触摸屏与PLC通过通讯口连接。
改造后运行至今，新的监控系统界面友好、操作简洁、性能稳定，为电站安全运行打下了良好的基础。
六 保护装置的技改
原主变、发电机保护装置至2012年已运行12年，设备老化严重，备品无处购买，到改造前已烧毁三块电源板，一旦装置核心模块烧坏，将造成机组无法开机的严重后果，所以在2012年，我们决定对主变、发电机保护装置进行更新改造，具体如下：
1、发电机保护
原2台发电机保护使用的是国电南自的WFBZ-01微机型发电机、变压器保护装置，已使用13年，配件和装置都已停产，现已无法更新更换，2台发电机保护装置都必须全部更新。发电机保护更新为国电南自的DGT801E型微机保护装置。保护功能配置有：发电机差动保护、复合电压过电流（2段）、定子接地3U0、欠电压保护、过电压保护、失磁保护、低频保护、过频保护、过负荷、转子一点接地和失步保护。
2、主变压器保护
原主变压器保护使用的是国电南自的WFBZ-01微机型发电机、变压器保护装置，已使用13年，配件和装置都已停产，2台主变压器保护装置都必须全部更新。主变压器保护更新为国电南自的PS690型微机保护装置。保护功能配置有：PST 691U变压器差动保护、PST 692U变压器高压侧后备保护装置、PST 692U变压器低压侧后备保护装置、
PST 691UF变压器非电量保护装置。保护改造于2012年12月完成。
七 结语
沙畈二级电站经过多年有计划、分项目进行技术改造，逐步淘汰电站中技术落后、故障率高、稳定性差的部分设备，有效利用了每年不多的改造资金，在每年枯水季节利用年度检修时间进行，在不影响电站正常生产的情况下，取得良好的改造效果，为电站安全、可靠、稳定运行奠定良好的设备基础，且对其他电站的技术改造有一定的借鉴作用。
关键词：电站；设备；技术改造
中图分类号： TU271.1 文献标识码： A 文章编号：
一 概述
金华市沙畈二级电站位于沙畈水库下游金华市婺城区沙畈乡山脚村，距金华市区40公里。电站利用沙畈一级电站尾水与金兰水库之间的落差，进行梯级开发。装机2×5000kw，设计年平均发电量1983万kwh，于2000年6月并网发电。
由于历史原因，电站部分设备在投产几年后，开始出现各种故障，再加上电子设备元件开始老化，部分设备故障率开始增高，极大地阻碍了电站安全、可靠、高效运行的目标。为此，电站管理者采用了“逐年改造、分项更新”的方针，在不防碍电站正常运行发电的情况下，逐年投入部分资金，利用年终枯水期年度检修期，逐年分项对该部分设备进行技术改造。至2012年底，已逐步对直流系统、高压开关、调整器系统、微机监控系统、保护系统进行了技术改造，取得了良好的效果。
二 直流系统的技改
沙畈二级电站原直流系统由型号为GDZ1W10-100/220-M微机可控硅直流充电装置、100AH免维护铅酸蓄电池及相关馈电回路组成。由于该系统采用的充电方式是传统相控技术，受技术条件所限，存在很多缺陷，譬如体积大、输出纹波系数大、无法监控和管理电池，特别是其相控电路复杂，一旦损坏不易修复，给电站维护人员带来了很大的困难。在电站投产几年后，陆续出现了主充机故障、强充浮充不能自动转换等毛病，后来更是出现了浮充机彻底不能工作的故障，直流系统一直只能由一套充电机工作，可靠性大大降低，万一这套充电机再损坏，将对电站的正常运行造成极大的障碍。基于此，2006年，电站决定对直流系统进行改造。
自上世纪60年代以来，开关电源技术开始发展，因其体积小、重量轻以及高效率、高性能等优点，在工业和家电行业得到了广泛应用。高频开关直流电源系统，以其模块化结构、高性能指标、高效率和高功率的特点，为免维护电池的运行提供了可靠的保障，高频开关直流电源取代可控硅整流装置已成必然。下表列举了两者的性能指标：
技术指标 稳压精度 稳流精度 纹波系数 效率 功率因素
可控硅整流直流电源 ≤±0.5﹪ ≤±0.5﹪ ≤0.05﹪ ﹥94﹪ ﹥0.92
高频开关直流电源 ≤±2.0﹪ ≤±5.0﹪ ≤2.0﹪ ﹥75﹪ ﹥0.70
表1 可控硅整流直流电源与高频开关直流电源性能指标对照表
高频开关直流电源还有可实现系统结构模块化、计算机监控、智能电池管理、“四遥”功能等优点，而可控硅整流直流电源都没有。另外，高质量的开关电源一方面减少了对电池的脉动充放电，并可根据电池特性设置充电曲线，延长了电池的寿命，同时提高了直流供电质量和效率；在系统的可靠性上，高频开关电源的均流技术可实现N+1冗余备份；高频开关电源的模块化结构支持带电插拔，以实现在线维护。
基于高频开关电源的诸多可控硅整流电源没有的优点，考虑到原馈电回路工作一直正常，电站决定采用以高频开关电源充电装置取代原充电机的方法对直流系统进行改造，其他方面则给予保留。
经过与多家高频开关电源厂家接触，并通过技术、经济比较，最后选定本省一家公司的产品，主要配置包括电源监视单元1台、高频斩波模块一块3块、高频降压模块1块。改造于2006年底完成，完成后直流系统运行稳定，可靠性高。
三 高压开关的技改
沙畈二级电站原高压开关采用少油断路器，这种断路器的缺点是燃弧时间长，动作较慢，检修周期长，维修工作量大，随着科学技术的进步及对供电可靠性提出更高的要求，决定对其进行技术改造，确定用真空断路器替代少油断路器。
真空断路器特点：1、在真空中熄弧，电弧和炽热气体不外露，不飞溅到其它物体上。2、由于真空中耐压强度高，触头之间距离大大缩短，相应的动作行程也短的多，动导杆的惯性小，适用于频繁操作。3、由于真空断路器的结构特点使其具有，熄弧时间短、弧压低、电弧能量小、触头损耗小，开断次数多。4、操作机构小且重量轻，控制功率小，没有火灾和爆炸危险，故安全可靠。5、触头密封在真空中，不会因受潮气、灰尘及有害气体等影响而降低其技术性能。6、真空断路器在遮断短路电流时，待故障排除后，无需检修真空断路器即可投入运行。
改造方案可分为两类;一是开关柜的整体更新；二是保留开关柜的柜体，仅对内部电气设备进行更新换代。第一种方案其投资大、改造工作量大、停电时间长，第二种方案具有投资少、改造工作量小、停电时间短等优点而被广泛采用。我们采用最终确定采用第二种方案，并于2007年底年度检修时对其进行了技术改造，取得很好的效果，即节约了技术改造费用，又减少因改造停电影响生产的时间，是今后开关柜实施技术改造应推广的实用技术方案。四 调速器的技改
沙畈二级电站投产时调整器采用主机生产厂配套的型号为的微机调速器，该调速器为该厂生产的第一代产品，由于历史原因，技术不成熟，产品可靠性很差，曾经多次造成电站不能正常开机运行，为此，我们决定对其进行更新改造，经多方选择，我们最后选定浙江某电控厂家生产的YWT-1800型可编程微机调速器，于2008年12月改造成功。
YWT-1800型可编程微机调速器的PLC选用德国西门子S7-CPU224XP作为其CPU单元，它的工作电源为DC24V。该CPU单元本身带有14点开关量输入和10点开关量输出，以两路模拟量输入和一路模拟量输出。另外它还有一路RS485通迅端口用于与上位机通讯、一路RS485/232端口与触摸屏通讯。它能方便地处理开关量，模拟量，进行计算、控制、回路调节。其硬件可得到灵活多样的扩展和组合，并能用高级语言编程，具备大型机的分析运算能力。采用台湾Easyview触摸屏，通过与PLC通迅连接，可以显示出调速器和机组的主要参数和运行状态，还可以通过触摸屏方便的修改整定值，方便的實现了人机对话。软件也具备模块结构，系统扩展时只需在原有基础上叠加运用软件模块。CPU运行效率高，用户存储器容量大。这些优越性都为智能性水轮机调速器提供了强有力的资源保证。
五 微机监控系统的技改
电站原监控系统采用的上位机、下位机及西门子S7-200 PLC，由于运行时间较长，设务老化严重，且由于电子产品更新换代很快，市场上已无备品可更换，所以电站决定将三台前置工控机、一台上位主机和原PLC进行改造，具体如下：
1、原上位工控机整个更新，更新计算机采用西门子Siemens工控机。
2、机组当地控制单元中的可编程序控制器(PLC)采用最新型号的S7-200 PLC，工控机更换为Proface 10.4”触摸屏，屏上开孔作修补，现地通讯由工控机改成网络通信服务器，原机组温度量的采样由工控机完成改为模拟量转成RS485通信完成，触摸屏与PLC通过通讯口连接。
3、公用当地控制单元中的可编程序控制器(PLC) 采用最新型号的S7-200 PLC，工控机更换为Proface 10.4”触摸屏，屏上开孔作修补，现地通讯由工控机改成网络通信服务器，触摸屏与PLC通过通讯口连接。
改造后运行至今，新的监控系统界面友好、操作简洁、性能稳定，为电站安全运行打下了良好的基础。
六 保护装置的技改
原主变、发电机保护装置至2012年已运行12年，设备老化严重，备品无处购买，到改造前已烧毁三块电源板，一旦装置核心模块烧坏，将造成机组无法开机的严重后果，所以在2012年，我们决定对主变、发电机保护装置进行更新改造，具体如下：
1、发电机保护
原2台发电机保护使用的是国电南自的WFBZ-01微机型发电机、变压器保护装置，已使用13年，配件和装置都已停产，现已无法更新更换，2台发电机保护装置都必须全部更新。发电机保护更新为国电南自的DGT801E型微机保护装置。保护功能配置有：发电机差动保护、复合电压过电流（2段）、定子接地3U0、欠电压保护、过电压保护、失磁保护、低频保护、过频保护、过负荷、转子一点接地和失步保护。
2、主变压器保护
原主变压器保护使用的是国电南自的WFBZ-01微机型发电机、变压器保护装置，已使用13年，配件和装置都已停产，2台主变压器保护装置都必须全部更新。主变压器保护更新为国电南自的PS690型微机保护装置。保护功能配置有：PST 691U变压器差动保护、PST 692U变压器高压侧后备保护装置、PST 692U变压器低压侧后备保护装置、
PST 691UF变压器非电量保护装置。保护改造于2012年12月完成。
七 结语
沙畈二级电站经过多年有计划、分项目进行技术改造，逐步淘汰电站中技术落后、故障率高、稳定性差的部分设备，有效利用了每年不多的改造资金，在每年枯水季节利用年度检修时间进行，在不影响电站正常生产的情况下，取得良好的改造效果，为电站安全、可靠、稳定运行奠定良好的设备基础，且对其他电站的技术改造有一定的借鉴作用。