摘要介绍天河水电站设备自动化改造的主要内容，通过实施改造，大大提高了电站的经济效益。

关键词水电站自动化改造

在中央提出坚持科学发展观、坚持走可持续发展道路的方针下，促进水电的发展，我国迎来了水电开发的黄金时期。在当前电力缺口的形势下，小水电对支持地方电力供应起了一定的作用。小水电加强自身管理，进行设备自动化改造是提高效益的必经之路。

天河水电站是一座小型高水头水电站，坐落在天河镇郑岙村，属大罗山水系。发电水头高365m，水库有2个，东水库集雨面积2．184km²，总库容267．7万m³，砂壤土均质坝(坝高16m)，西水库集雨面积1．507km²，总库容166万m³，砂壤土均质坝(坝高13．3m)，另外还有引水工程，集雨面积0．88km。天河水电站2个水库库容合计433．7万m³，其中正常发电库容292万m³，合计集雨面积4．571km²。多年平均径流量为521万m³，多年平均径流深1．14m，多年平均流量为0．165m³／s。

天河水电站建于1972年，装有1台800kW，额定电压6．3kV，额定转速为1000r／min的卧式水轮发电机。配置QJ75／1型冲击式水轮机，年平均发电量约360万kW·h。机组投产以来，发电一直比较正常，为当时永强地区的供电、供水做出了贡献。

2002年，公司决定对天河水电站进行技术改造，改造分两步走。第一步先在水工设施万面，把1200多m长的压力输水管增大，由原Φ400管径改为中500管径的无缝钢管，同时把伸缩节及从闸伐到水轮机的一段钢管改为不锈钢。为了监测水库水位变化，装设了水位自动遥测装置，在电站和水利局的监控室可以监测水位，水库调度和防汛安全可靠。上述改造工作从2002年开始，2003年全部完成。输水管的增大增加了发电用水流量，为发电机增容创造了条件。第二步即从2006年开始对水轮机发电机容量及相应一、二次电气设备进行改造，并将配备微机监控系统，以提高自动化程度，实现无人值班，少人值守的管理模式。

一、水轮发电机增容原理及参数

天河水电站设计水头为365m，改造前输水管径为中400，装机1台800kW水轮发电机，设计流量为0．295m³／s，额定出力时的输水管水流速为2．30m／s。

输水管管径增大到中500后，现取发电设计流量为0．425m³／s，计算出水力发电功率为8×365×0．425=1241(kW)。经过研究比较，决定选择发电机装机容量为1250kW，比原容量增加56％，这时额定出力时的水辅管水流速为1．70m／s。水力运行情况比原机组还要好。

水轮机和发电机的规格参数选择如下：

水轮机型号：CJA237-W-100／1X8．5冲击式，额定水头365m，额定流量0．425m³／s，额定转速750r／min，飞逸转速1328r／min，效率89．6％，转轮直径1．0m，为防止气蚀，转轮的水斗和喷针头材质采用优质不锈钢结构，外壳用普通钢板。

水轮发电机型号：SFW1250-8／1430二支点结构，额定电压6．3kV，额定电流143A，额定功率1250kW，额定功率因数0．8，绝缘等级B／F级，额定肋磁电压48V，额定励磁电流274A。

发电机三相具有6个出线头，装设铁芯和三相定子的测温元件6个。水轮机为金华水轮机厂制造，水轮发电机为金华电机制造有限公司产品，励磁调节器为ZJLC-3型，单微机全桥结构，带IS-485通讯接口，调速器为CYWT-01型，调速功600kg-M，操作油压2．5Mpa，带15-485通讯接口。励磁调节器和调速器为杭州萧山之江电控设备厂产品。

进水闸伐选用电动闸伐，型号为Z941H-64型，Φ500，可以进行电动、手动操作和动水关闭。

二、其它设备更新调换的技术要求

由于发电机增容，采用发电机一变压器组的主变也要相应调换。新主变为S-9型低耗变压器，其规格为6．3kV／10．5kV升压变压器，结线组别为YD-11组接线，带轻重瓦斯保护，带信号接点及电阻型的温度计，分接头电压为10．5kV±2×2．5％调节。

原厂用变41B、42B为S7型号的老产品，属于淘汰设备，这次更新为S-9型30kVA，10kV／400V低耗变压器，低压开关柜不变动。

6．3kV压变柜，10kV发变组开关柜(带真空断路器)，10kV出线开关柜(带真空断路器)，是GGIA型，比较老旧，操作机构也不太灵，因此，视试验结果决定是否调换。如果真空开关性能试验不太好，那么原GGIA-F型开关柜就更换成XGN-12型或UniGearZS1型皑装式金属封闭开关设备(前者是真空断路器，后者是ABBVD4真空断路器)。

发电机出线和中性点电缆原为YW-22-10kV，3×70mm²应调换成3×95mm²。

二次及保护系统。取消常规的人工操作监盘手抄系统，配置微机监控系统。取消原发变组，10kV线路及公用系统的电磁式继电保护盘及集控台。更换励磁盘和直流屏，蓄电池屏，控制室平面布置重新安排。原蓄电池是隔镍电池，容量也比较小，已经老化，这次更换成免维护型蓄电池，增加容量至120～150Ah。直流系统采用单母线，设合闸电压和控制电压母线。除充电，浮充电设备外，还要带放电装置，便于平时进行蓄电池的充放电试验。因此直流屏和蓄电池屏必须更换。励磁屏随机组励磁装置的产品配套而来。

控制电缆一般情况要更换，确有一些可用的仍继续使用。

三、微机监控系统

1．本微机监控系统经招投标后选中由武汉华工电气自动化有限责任公司开发的CSCS型水电站计算机监控系统。为分层分布式结构。电站计算机监控系统分为二级，主控级(电站级)和现地控制级主要结构及配置如下：

主控级(按装在主控室)含以下设备：

一台操作员工作站(控制台的尺寸为3000×1000×750)，代替原来的常规集控台，配置研华工控机及19寸液晶显示器，A3幅面打印机等；

一套通讯工作站，配置研华工控机及19寸液晶显示器；

一套语言报警装置，与通讯工作站相连，用于某些设定事故、故障的语言报警；

一套网络交换机，配置一台台湾D-LINK16以太网交换机，采用星形网络拓扑结构，连接主控层和现地单元，通调介质为超五类屏蔽8蕊双绞线；

一套2kVA逆变电源；

一套HEA-TSSGPS时钟同步系统；

一套1MP-TXX型电力调制解调器，实现调度中心对电站的四遥功能；

软件系统采用Windows2000美国微软操作系统和HG2002网络版华工电气电力组态软件。

机组现地控制单元LCU1一套(安装在机旁)，配置一个屏柜(尺寸800×600×2260)，内配置OMRONCT1系列可编程控制器，5．7寸彩色液晶触摸屏，DZZB-5型机组自动准同期装置，水力机械现地控制操作及保护设备等。向主控级上行发送采集的各种数据和事件信息，接受主控级的下行命令对设备进行监控。并在LCU屏旁边配置一台常规机旁屏，安装机组测温控制仪、机组测速信号装置和调速器油泵控制元件等设备。

10KV线路及公用控制单元LCU2一套(安装在主控室)，配置一个屏柜(尺寸800×600×2260)，内装设OMRONCT1系列可编程控制器，5．7寸彩色液晶触摸屏，手动准同期装置，10kV线路的电子式电能表，控制切换开关及事故紧急停机按纽等现地控制操作设备。

继电保护屏(安装在主控室，屏柜尺寸800×600×2260)。屏内安装微机发一变组主保护、后备保护、微机转子一点接地保护、失磁保护、微机10kV线路保护、微机6．3kV系统单相接地保护等保护装置。

微机保护对全部一次设备进行保护、控制、记录和报警的功能，并与计算机监控系统接口。

联结网络，主控和现地之间设备联结用太网(屏蔽)网络进行，系统具有较高的传输速率和抗电磁干扰能力。

2．运行方式。正常情况下，微机监控系统投入运行，自动抄表打印，追忆历史数据，自动报警。操作员要进行的一切操作、调正，通过微机上的键盘操作来实现。

如果微机监控系统有故障或不使用，仍可通过在LCU1、LCU2屏上进行常规的手动操作(开停机、有功无功电压调节，开关操作手动并机等)来实现。

3．实现四遥功能。

(1)遥测部分，主要包括：

水轮发电机系统：三相电压(相、线)、零序电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能、励磁电压、励磁电流、频率、转速、定子绕组温度、定子铁心温度、轴承温度、调速器油压、喷针开度、开度限制、气压、水库水位、水压、水头。

变压器(10kV)侧：三相电压、零序电压、三相电流、有功功率、无功功率，功率因数、有功电能、无功电能、主变温度、主变油位。

10kV线路：三相电压、零序电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能。

厂用电系统(400V侧)：三相电压、三相电流、零序电流、有功电能、无功电能。

直流系统：蓄电池电压、控制母线电压、合闸母线电压、充电电流、浮充电电流、放电电流、负载电流。

(2)遥信部分，主要有：

发电机、变压器、10kV线路保护动作信号；

各断路器、灭磁开关的状态信号；

发电机转子、定子、6．3kV系统、10kV系统发生接地信号，过负载信号，发电机轴泵温度过高，发电机线卷温度过高信号；

主变压器温度过高，气体继电器动作信号，油箱压力释放动作信号；

厂用电及直流系统故障信号；

调速器油压不正常，油位不正常信号，调速器工作状态信号，故障信号，折向器位置信号；

励磁装置工作状态信号及故障信号；

闸伐位置及故障信号。

(3)遥控部分，主要有：

闸伐开、关；

发电机自动开机、自动停机；

发变组断路器，10kV线路断路器的合、分操作及自动准同期并网操作，灭磁开关合分操作，

继电保护动作以后，相应开关分闸，自动调正机组状态，差动保护动作后自动停机关喷针，机组发生事故状态(如过速、轴承过温、操作油压过低)，水机保护动作，作用停机关喷针和闸伐。

(4)遥调部分，主要包括：

发电机并网前空载状态时，智能自动调频、调压，在系统和待并两侧频差、压差合格后，实现无冲击自动并网，

发电机并网后的有功、无功功率自动调节。

四、技改后的效益分析

增大发电输水管的直径，可以增大发电用水流量，同时也减少了流速，减少水头损失，提高发电效率。

通过发电机增容，更有效的利用水量，增大负荷调节，在汛期泻洪期间，可以多发电量。全年按30天的泄洪期来考虑，可以多发电(1250-800)×24×30=32．40万kW·h，按销售电价0．60元／kW·h计，全年可增收20万元，平时还可以增大调峰效果。

发电用水量增大，可以增加下游水厂供水量的调节，以满足用户的用水需求。

实现微机监控自动化以后，可以按无人值班，少人值守的标准配备人员，可节约定员编制6～7人。全年可节省工资性开支近20多万元，加上增发电收入，经济效益非常好。