浅谈蒙江流域石门坎电站一厂综合自动化改造

1  电站概况

石门坎水电站一厂（下简称“石一厂”）位于贵州省罗甸县逢亭镇，距离罗甸县城30 km，属蒙江干流规划的第九级水电站。电站始建于1970年，分别于1977-07投产1台、1985-03投产2台、1999-06投产3台。现有6台3.2 MW、总装机19.2 MW的电力机组。在2008年前，年均产电量约1×10⁸ kW·h。石一厂出线共4条，6台机组均为混流式机组，机端电压为6.3 kV，采用单母线接线方式。因电站的设备是来自于不同时期的产品，且机组控制和保护属常规控制保护，所用元器件繁多，结构复杂，这些都导致机组的故障率不断升高。目前，大部分设备已被淘汰，比如常规使用的继电器现已全部淘汰，其在市面上无法购买，需要定制，且费用高、周期长，已经严重影响到电站的正常生产和经济效益。

2  改造内容概述

2.1  综合自动化改造的重点

综合自动化改造的重点是电站计算机监控系统。原先系统的运行控制操作完全由手动方式进行，并需要在中控室和水机室两处共同完成开、停机操作，存在操作方式分散，监视运行参数较少，设备的可靠性较差，维护工作量非常大，继电保护系统的准确性差、误动较多等问题。改造以后的计算机监控系统可按“无人值班，少人值守”的管理模式运行，电站能完全利用计算机监控系统进行日常的运行管理。改造后增加了站级控制设备、6台机组现地控制LCU屏、1套公用控制LCU屏、1套开关站控制LCU屏和视频监控系统。计算机监控系统按分层分布式网络结构设计，由电站控制层、现地控制层和局域网等组成，包括保护、测量、控制、信号、通讯等部分。系统能实现全自动的控制操作方式，在上位机上输入“开机”或“停机”命令即可完成自动开关机，自动并网或解列，自动调节到预定的负荷值稳定运行，自动完成卸负荷、跳闸、灭磁、关机和关蝶阀等动作，并具有事故停机和紧急事故停机的功能。系统采用两级分层分布式设计控制网络结构，电站控制级和现地控制级均可独立完成远、近程方式的监控操作。

2.2  其他需要改造的设备

其他需要改造的设备包括：①直流系统。更换掉整套直流系统装置，将原先的蓄电池容量200 Ah增加为400 Ah。②同期装置。原有的同期装置运行至今已不能自动并网且并网时间较长、安全性差，不能满足电站自动化的要求。改造后的同期装置具备可靠性高、安全性强、精度高和速度快等优点。③6.3 kV高压开关柜和400 V配电装置。由于机组已运行多年，出现装置封闭性能差、防误性能差，运行温度高等问题。改造后的6.3 kV高压开关柜和400 V配电装置配有安全、可靠的机械和电气联锁装置，且符合《高压开关柜闭锁装置技术条件》（SD/T 318），同时能适应电站的各种运行工况和计算机监控系统改造的需求。④集水井自动装置。该装置改造后由PLC程序进行自动控制，并根据工作时间可自动切换。⑤保护装置。原有的保护装置现已老化，且继电器运行的可靠性低，但多数20世纪八九十年代的继电器市场已经消失，如果要更换继电器就需要找厂家定做，且需要投入大量的人力维护。改造后的保护装置具有可靠性强、灵敏性高、选择性强、运行速度快等优点。

3  升级改造的进度安排

由于一次性改造工程的设备更换量大、实施难度大，同时，石一厂是径流式电站，无调节能力，且机组在枯水期也要运行，所以改造要分3年完成。监控系统可监视和控制电站内所有具有自动功能、通信功能的设备。为了不影响电站在改造过程中的生产，在第一年的枯水期，应完成6台机组中一半机组的进水主阀、调速器、励磁系统、测温制动屏、机组油气水相关自动化元件、油气水相关辅助控制箱和机组微机保护，以及与这些机组对应的高压开关柜、主变微机保护、400 V低压配电柜的升级改造；还应要求以上设备的预留和监控系统的信号上传、控制命令接受、通信等接口程序与后期的监控升级改造相衔接。在第二年的枯水期，应完成6台机组中另一半机组上述部件的升级改造和相应衔接工作。在第三年的枯水期，完成剩余的辅助设备、公用设备、35 kV线路的微机保护、自动化监控系统、通信网络的升级改造，并完成自动化监控系统与前期改造设备的接口联调工作，最终完成全厂的综合自动化改造。

4  综合改造后的意义

4.1  减少了开机损失

通过综合自动化技术改造，机组的开、关机时间将大幅缩短，并提高了手动操作的安全性和机组运行的可靠性。开机时间由改造前的8～9 min缩短至1 min，并在开机时间内就实现了机组由热备用到并网运行的状态，增加了机组的发电时间，减少了水量损失。6台机组每次开机共可以节约大约1 h，根据近几年的运行资料统计，按年开机30次计算，则有：（19 200 kW×1 h×30次×0.24元）÷1 kW·h=13.8万元，即每年可降低因开机时间过长而造成的资金损失为13.8万元。

4.2  节约了人力资源和资金投入

综合改造可降低运行成本。经过综合自动化技术改造后，工作人员的劳动强度将大幅降低，运行值班员的数量也会相应减少。以往，由于老设备较多，且自动化程度低，操作和维护都要依靠人工进行，运行班组每班需要8人（电气4人、水机4人），改造后只需3人即可，其余人员可从事检修或其他工作，每年可节约100万元的管理费。

4.3  增强了安全保障

经过综合自动化技术改造后，可降低设备的故障率，故障处理时间也将大幅缩短，电站可实现运行设备的状态监测、系统自诊断和控制权设置等功能，在安全保障上有了大幅度的改进。

5  结束语

综合自动化改造完成后，将提高石一厂设备的运行可靠性，机组设备的安全性也将大幅提高。不仅减少了运行维护人员、节约了运行维护的材料，还将使电站的面貌焕然一新，无论在直接经济效益，还是在间接经济效益的增长上都将有显著的效果。

参考文献

［1］杨奇逊.变电站综合自动化技术发展趋势［J］.电力系统自动化，1995，19（10）.

［2］徐锦才.小型水电站计算机监控技术［M］.南京：河海大学出版社，2005.

［3］关小刚，雷晓青，凌胜军，等.大峡水电站自动化设备改造综述［J］.水电厂自动化，2008（04）.

〔编辑：张思楠〕