承德市小水电技术开发服务中心 河北承德 067000
摘要：根据国家发改委、财政部、农业部、林业部、水利部关于河北省巩固退耕还林成果专项要求和部署，小水电是保护生态环境的重要抉择和节能减排的重要举措，因此，对柳河水电站的技术改造是非常必要的。本文从柳河水电站技术改造工程的实际出发，针对改造项目逐项进行了描述，阐明了改造前后的不同之处。
关键词：柳河水电站；技术改造；调速器；保护装置
1．柳河水电站简介
柳河水电站地处柳河下游，位于承德市承德县大营子乡幸福村东北部，距县城25 km。电站为径流式电站，始建于1989年，于1992年10月底建成并网发电。总装机容量为960kW（3×320 kW），设计流量8.4m3/s，设计水头15.6m，原设计年发电量为367万kW•h，年利用小时数3823h。至2012年，电站已并网运行20年，电气设备老化严重，机组出力下降，对电站的技术改造是非常必要的。
2012年9月河北省水利水电第二勘测设计研究院编制完成了柳河水电站技术改造工程可行性研究报告，本次通过延长水文系列设计年发电量为311.88万kW•h，设计年利用小时数为3249 h。2013年9月16日河北省发展和改革委员会以冀发改农经【2013】1496号文对《承德县巩固退耕还林成果柳河水电站技术改造工程可行性研究报告》进行了批复。
2．柳河水电站技术改造工程情况
柳河水电站技术改造工程自2014年5月开始，经过19个月的紧张施工，至2015年12月19日完成了全部施工项目并调试完毕。施工项目包括：维修拦河坝、引水渠、泄洪渠等，更换水轮机不锈钢转轮，调速器改造，更换机组进水主阀门，更换机组及主变、线路保护装置，增加计算机监控系统，更换动力及控制电缆，辅助设备的检修等内容。下面就其中部分改造内容进行描述。
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2.1 更换水轮机不锈钢转轮
电站只有一小拦河坝拦截来水，自投入运行至2012年已运行20年，库区淤积严重，严重影响了其调节性能，除在主汛期有可能机组连续运转外，其他时间几乎每天都要进行开停机操作，加之泥沙的冲刷，气蚀的影响，转轮损毁严重，空气间隙增大，并有了变形，机组的效率严重下降，本次改造更换为新型的转轮，并对导叶、拐臂等水轮机设备进行了检修、调整，使机组效率得到了大幅的提升。
2.2 调速器改造
电站原有调速器控制设备已老化严重，存在误操作的情况，不能实现远方操作，调速系统存在漏油现象。机组制动系统为手动液压油系统，为独立的手动油泵控制，现已损坏，发电过程中使用长圆木作为制动工具，其操作性差、危险系数高、可靠性不足。本次改造过程中，对调速器储油柜、压力油罐等进行了清理、检修，将调速器控制柜更换为YWT型微机调速器。YWT系列步进电机PLC微机调速器是目前新一代用于中型水轮发电机组控制的调速器，它由电脑调节器和步进随动系统及油压装置三部分组成。系统整体结构简单、可靠性高、响应速度快、易操作、易维护、易扩展。选用YWT型微机调速器也解决了调速器与计算机监控系统的通讯问题，为实现电站的自动化创造了基础性条件。同时，将原有手动液压油制动系统更换为由调速器压力油罐供油的方式实现制动，刹车器回油管路接至调速器储油柜，实现了油的循环。
2.3 更换机组进水主阀门
在该电站中，机组进水阀门为机组保护的最后一道防线，但原有阀门年久失修，控制箱不能进行正常操作，阀体锈蚀严重，即使是手动也不能对其进行操作，为保住这道防线，对三台机组的进水阀门进行了更换，并加装了旁通阀，更新了电气操作系统，使之能够执行远端指令，当出现事故时能够正常关闭阀门，以起到保护水轮发电机组的作用。
2.4 更换机组及主变、线路保护装置
电站原有保护系统依靠DL-30系列、DY-30系列、DS-30系列、DZY—200系列、DX-30系列等电磁式继电器相互配合得以实现，由于使用时间长久，继电器老化严重，部分继电器出现了拒动、误动现象。近几年来，每年进行预防性试验时都发现有继电器出现不同程度的损坏，为电站的可靠运行埋下了安全隐患，为了解决这一根本性的问题，本次技术改造过程中，将二次保护系统由原来的电磁式继电器全部更换为新一代的数字保护测控装置。更换了发电机出口开关柜、发电机保护屏、主变及线路保护屏、直流屏等，具体改造内容如下：
2.4.1 发电机部分
本站共有三台发电机组，改造前共用一套准同期系统，同期点位于各台机组的出口处，由于该站为径流式电站，几乎每天都要进行并网操作，发电机出口断路器动作频繁，加之缺少维护，出现了过热、机械机构损坏的现象，出现了不能可靠并网的情况。改造后，每台机组都配备了与其相对应的、独立的准同期系统，并以“DZZB-A型微电脑并网装置”为依托，建成了自动并网系统。在二次保护系统方面，以“NR-630微机保护测控装置”取代了原有的电磁式继电器，该装置具有电流速断保护、限时速断保护、过电流保护、过负荷告警、零序过流保护、过电压保护、欠压保护、零序过压保护、低频保护、非电量保护、TV断线自检、TA断线自检、电量测量、故障记录功能、通讯功能等功能，与原有的电磁式继电器相比具有可靠性高、灵敏度高、整定值设置简单、便于查询、便于接线、便于调试等特点。另外，其故障记录功能具有8组可掉电保持的故障记录，便于查询与分析。为实现电站的自动化，在发电机出口开关柜中新增了PLC模块。
2.4.2 主变压器及线路部分
在主变压器保护方面，以数字变压器差动保护装置、数字变压器高后备保护装置、数字变压器低后备保护装置等三个数字化产品来代替传统的电磁式继电器，利用其不同的功能实现了主变压器的差动速断保护、差动保护、重瓦斯、轻瓦斯、温度过高、过流保护、过压保护、过负荷保护等保护动作、保护告警功能。
在线路保护方面，以数字线路保护测控装置来代替传统的电磁式继电器，实现了线路的过流保护、速断保护、低压保护、低周保护等保护功能。同时，该装置具有测量电流、电压、频率等模拟量的遥测功能，分、合断路器及储能的遥控功能，以及脉冲电能采集和积分电能计算功能。
新选用的数字保护装置面板上具有大屏幕汉字液晶显示、键盘操作功能，可方便的实现测量跟踪监视、在线修改定值或投退某些保护功能，定值的修改更为简单快捷。面板上还具有运行、告警、跳位、合位等指示灯，为运行人员提供了方便的运行指示。装置通过数据总线上传状态信息、运行数据及故障报告，可远方在线修改定值和投退某些保护功能。数字保护装置的投运，为实现全站自动化运行提供了基础性的保障。
2.5 增加计算机监控系统
对调速器、机组进水主阀门、发电机保护系统、主变压器及线路保护系统等的改造，为实现全站自动化运行提供了有力的保障。同时，在技术改造过程中增加了自动化屏及上位机系统，该系统采集了电站运行设备的数据，并可以通过发送指令对机组进行开机、关机等操作，同时，在上位机上可以随时查看相关设备的运行状况，并对其进行监测。
3．结语
柳河水电站技术改造工程的实施，为机组的安全运行提供了有力的保障，机组进水主阀门的更新，对水轮机的保护提供了最后的防线；调速器的改造，增强了水轮机运行的稳定性，调节的可靠性；水轮机转轮的更新，提高了机组的效率；发电机、主变压器及线路保护装置的更新，对发电机组、主变压器、线路的保护及全站的自动化提供了强有力的支撑。
论文作者:龚振兴
论文发表刊物:《基层建设》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/18
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