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摘 要：金华市沙畈电厂于1996年3月投产发电，至今已运行了十多年年，励磁系統，调速器系统，保护系统，高、低压配电系统等已经非常陈旧老化，故障率逐年提高，维护成本高昂。为了确保电厂安全运行，沙畈水库管理处决定对沙畈电厂进行技术改造。管理处根据电厂实际情况和经济适用性选择最优技改方案。
关键词：技改；方案；比较
中图分类号：TM62文献标识码： A 文章编号：
0引言
沙畈电厂为了适应自动化运行管理和电厂安全运行的需要，需及时对电厂进行技改，技改要求设备选型技术先进成熟，运行稳定，自动化程度高，经济合理，运行维护简单方便。下面根据沙畈电厂的具体情况，对不同的技改方案在合理性，经济性等方面进行比较论证。
1存在的主要问题
沙畈电厂于1996年3月蓄水发电，总装机容量为2×5000kW，多年平均发电量2205万kWh。经过十几年的运行，由于采用电子元件，控制部分老化，存在安全隐患。主要存在以下问题：
１.电厂水轮机转轮空蚀严重，效率递减，其转轮设计运行工况与电厂实际工况有较大偏差，转轮叶片已进行多次焊补，导叶漏水严重，因此运行效率低下。
２.电厂调速器为电气调速器，经十几年使用，引导阀，主配压阀磨损严重，大大增加了调速器的死行程，调节品质差，使并网操作困难，经常出现伺服阀卡住，只能进行手动开停机操作，严重危害机组的安全运行。
３.电厂励磁机整流子和滑环磨损严重，运行时，碳刷磨损的碳粉，经常引起转子一点接地信号，以及碳刷火花过大，超过规定，电厂励磁设备结构元件和性能落后，温度高。平时运行中故障机率高，经常无法起励。
4. 6.3kV、110kV开关直流接触电阻过大，灭弧时间长，绝缘油易发黑。6kV开关柜为GG1A产品，没有五防设施，所用的SN10-10少油断路器已属电力部明令淘汰产品。
5.控制、保护盘设备老化，全部是上世纪九十年代初的产品，继电器老化、触点损坏严重，且经常误动作。
6.部分二次线路已明显老化，曾多次出现开路及短路故障，影响机组测量及控制，威胁机组的安全。
2 电厂改造目标及技改方案
根据沙畈电厂的实际情况，水工建筑及机械设备部分基本不动，主要对电气设备部份进行改造，同时将调速器改造成微机调速器。电气控制保护系统采用微机监控保护方案，消除原设备的安全隐患。
1.电气主接线
电厂主接线方案采用二机一变扩大单元接线方式不变。
2.调速器选型
现电厂调速器型号为YDT-1800，其操作功率为1800kg·m，改造后，电气系统采用微机监控，调速器选用为YWT-1800型微机液压调速器。
3.高压开关设备
原电厂高压开关设备均GG1A型固定式开关柜，所装断路器为SN10型少油断路器，隔离开关为GN19型、均为淘汰产品，该开关柜没有五防措施，容易造成误操作和人身安全事故，电厂更新后。高压开关柜全部更新。
更新方案采用下列两种开关柜进行比较。
方案一：采用XGN-10固定式开关柜配真空开关。
方案二：采用kYN-10金属铠装式手车柜配真空开关。
方案一操作方便，机组检修或停机时可操作隔离开关产生明显断开点，柜子价格较低，每台约3.5～4万元。柜子体积较大。方案二为手车柜，断路器本身检修时较方便，体积亦小，但机组检修或较长时间停机时，操作断路器手车不太方便，亦不适宜频繁操作。价格较高，每台约5～6万。
综合分析，方案一较适合电厂操作、管理，且价格较低，故推荐采用。
另外，电厂主变高压侧为110kV系统，其主开关SW型少油断路器，现属淘汰产品，改造后更新为3AP1-FG型SF6断路器。
4.电源系统
4.1交流电源
沙畈电厂及厂用配电柜均为开启式配电柜，防护等级低，需全部予以更新，采用GGD型全封闭固定式低压配电屏。厂用变亦进行更换。一级电厂厂用电共两路，一路来自1、2#机6kV母线厂用变，型号SC9-160/6，另一路来自10KV系统。
4.2直流电源
沙畈电厂直流系统为镍铬电池，有一定的维护工作量，对环保也不利，需进行更换。新的直流电源采用高频开关型免维护蓄电池直流屏,容量100AH,中文人机界面，查询状态、修改参数方便。
5．励磁系统
电厂励磁系统部分元件主要元件如可控硅，灭磁开关等一次设备老化严重，随时有损坏的可能，建议励磁系统全部更新。改造后拟采用微机控制型励磁装置， PLC微机励磁系统配环氧浇铸干式励磁变，励磁系统将更加稳定，可靠。微机控制励磁装置采用双微机，全控桥系统。全数字调节。采用高性能触摸屏，通过触摸屏可以即时显示机组参数、调节器工况和故障信息，并可以通过触摸屏实现控制参数的在线修改。
6．监控保护系统
6.1技改后的沙畈电厂监控保护系统初拟下列两种方案进行比较。
方案一：采用常规控制保护屏
方案二：采用计算机监控系统
表一 控制保护系统技术经济分析比较表
综合比较，方案一虽价格便宜，但控制方式落后，自动化程度低，运行人员工作强度大，已不适应21世纪的发展要求，方案二采用计算机监控技术，可大大减轻运行人员劳动强度，可按水位自动调整出力，实现优化运行，增加发电量。另外，采用计算机监控系统，在条件许可的情况下，还可对电厂进行远方监控和控制，实现整个梯级电厂的联合优化运行。电厂配以视频监控后，可实现无人值班运行，大大减少运行管理人员，每年可节约大量运行成本。因此，电厂宜采用方案二。
6.2监控系统配置
根据电站实际情况，电站计算机监控系统采用开放式分层分布式结构的SDJK-2000型水电站计算机监控系统，监控系统分为2个层次，一个层次为电站管理层的上位机，即主控站工业控制机；另一个层次为面向控制对象的当地控制单元LCU。上位机与当地控制单元LCU之间采用以太网络通讯，构成一个分层式结构的计算机监控管理系统。
在机组控制、测量屏上，可通过装在屏上与可编程序控制器PLC相连的触摸屏或控制开关、按钮来完成机组的控制，使得操作方式类似于常规控制系统。当上位机退出运行，可编程序控制器也能独立完成机组单元的控制，这充分体现了分层分布式控制系统的优越性。
上位机主要设备即2套工业主控机，1套通讯用工业主控机，拆除原中控台。
当地控制保护单元共有7套：分别为1#机组控制屏，2#机组控制屏，公用设备控制屏，网络计量屏，1#、2#机组保护屏，主变保护屏（可包括110kV线路保护）。
每台机配一台集控制，保护、同期，信号于一体综合自动化柜，能完成机组单元的所有功能，机组采用分散同期方式，即每台机配同期装置，这样虽然增加了一些硬件成本，但接线比较简单。每台控制柜配一台触摸屏作为人机界台。另外综合控制柜除实现微机监控功能外，还配有必要的手动功能。确保计算机退出运行后，机组能正常开、停机、并网和调节负荷。
计算机监控系统硬件配置按照下列指标保留裕度：备用点不少于使用点的20%；CPU平均负载率不超过40%，最大负载率不超过50%；计算机的内部主存储器选择大容量80G，内存空间选用512M，保证40%以上区域留给用户使用；通道利用率留有50%的余度，根据实时响应规定和所传送最大报文或信息计算的数据率，不超过通道利用率的50%；预留可扩展的接口和设备容量，系统具备与其它控制和保护设备系统通讯的能力。
6.3保护系统配置
沙畈电厂发电机保护测量装置根据规范要求配差动保护、过电压保护，转子一点接地保护和后备保护。主变配差动保护和后备保护，110kV线路配二段式电流保护和低频见压解列装置。本次技改拟采用国电南自PS 690U发电机保护测量装置和DGT 801主变保护测量装置。发电机保护装置采用国际流行的高速处理器，主频为200MHZ,32位CPU将保护、测控、通信功能集成于一体，内置资源丰富，外围电路设计简单你，功耗小，保证产品质量和稳定性。主变保护装置采用独创的双电源双CPU并行的处理技术，结构先进，性能优良，调试和维护人性化，运行可靠安全。每套保护中的主、后备保护不但品种齐全，且相互独立，真正起到主保护和后备保护所应起的作用。
7.电气设备布置
电厂改造后，原高压开关室、中控室、升压站位置基本不变。中控室、机旁屏采用微机监控保护系统后屏柜数量减少，空出位置地面作封孔铺花岗岩处理。
3 结 论
经过以上方面的分析，对沙畈电厂自动化改造工程的结论如下：
沙畈电厂经过十几年的运行，由于大量采用电子元件，导致控制部分老化，存在安全隐患。从电站安全运行以及充分利用水资源的角度，对电厂机组进行自动化改造十分必要。
电厂所处的区域地质稳定，厂房以及引水系统工程地质情况较好，能满足机组改造工程的要求。在做好环境保护工作的前提下，进行机组改造工程建设不会对环境造成大的影响。并且电厂的水工建筑物情况良好，在稍作处理的情况下，能满足机组改造工程的要求。
沙畈电厂通过自动化改造后，采用了新的设备和技术，实现了一二级电厂的远程控制，实现了无人值班（少人值守）。大大减少了机组的故障率，通过减员增效达到了提高经济效益的目的。
关键词：技改；方案；比较
中图分类号：TM62文献标识码： A 文章编号：
0引言
沙畈电厂为了适应自动化运行管理和电厂安全运行的需要，需及时对电厂进行技改，技改要求设备选型技术先进成熟，运行稳定，自动化程度高，经济合理，运行维护简单方便。下面根据沙畈电厂的具体情况，对不同的技改方案在合理性，经济性等方面进行比较论证。
1存在的主要问题
沙畈电厂于1996年3月蓄水发电，总装机容量为2×5000kW，多年平均发电量2205万kWh。经过十几年的运行，由于采用电子元件，控制部分老化，存在安全隐患。主要存在以下问题：
１.电厂水轮机转轮空蚀严重，效率递减，其转轮设计运行工况与电厂实际工况有较大偏差，转轮叶片已进行多次焊补，导叶漏水严重，因此运行效率低下。
２.电厂调速器为电气调速器，经十几年使用，引导阀，主配压阀磨损严重，大大增加了调速器的死行程，调节品质差，使并网操作困难，经常出现伺服阀卡住，只能进行手动开停机操作，严重危害机组的安全运行。
３.电厂励磁机整流子和滑环磨损严重，运行时，碳刷磨损的碳粉，经常引起转子一点接地信号，以及碳刷火花过大，超过规定，电厂励磁设备结构元件和性能落后，温度高。平时运行中故障机率高，经常无法起励。
4. 6.3kV、110kV开关直流接触电阻过大，灭弧时间长，绝缘油易发黑。6kV开关柜为GG1A产品，没有五防设施，所用的SN10-10少油断路器已属电力部明令淘汰产品。
5.控制、保护盘设备老化，全部是上世纪九十年代初的产品，继电器老化、触点损坏严重，且经常误动作。
6.部分二次线路已明显老化，曾多次出现开路及短路故障，影响机组测量及控制，威胁机组的安全。
2 电厂改造目标及技改方案
根据沙畈电厂的实际情况，水工建筑及机械设备部分基本不动，主要对电气设备部份进行改造，同时将调速器改造成微机调速器。电气控制保护系统采用微机监控保护方案，消除原设备的安全隐患。
1.电气主接线
电厂主接线方案采用二机一变扩大单元接线方式不变。
2.调速器选型
现电厂调速器型号为YDT-1800，其操作功率为1800kg·m，改造后，电气系统采用微机监控，调速器选用为YWT-1800型微机液压调速器。
3.高压开关设备
原电厂高压开关设备均GG1A型固定式开关柜，所装断路器为SN10型少油断路器，隔离开关为GN19型、均为淘汰产品，该开关柜没有五防措施，容易造成误操作和人身安全事故，电厂更新后。高压开关柜全部更新。
更新方案采用下列两种开关柜进行比较。
方案一：采用XGN-10固定式开关柜配真空开关。
方案二：采用kYN-10金属铠装式手车柜配真空开关。
方案一操作方便，机组检修或停机时可操作隔离开关产生明显断开点，柜子价格较低，每台约3.5～4万元。柜子体积较大。方案二为手车柜，断路器本身检修时较方便，体积亦小，但机组检修或较长时间停机时，操作断路器手车不太方便，亦不适宜频繁操作。价格较高，每台约5～6万。
综合分析，方案一较适合电厂操作、管理，且价格较低，故推荐采用。
另外，电厂主变高压侧为110kV系统，其主开关SW型少油断路器，现属淘汰产品，改造后更新为3AP1-FG型SF6断路器。
4.电源系统
4.1交流电源
沙畈电厂及厂用配电柜均为开启式配电柜，防护等级低，需全部予以更新，采用GGD型全封闭固定式低压配电屏。厂用变亦进行更换。一级电厂厂用电共两路，一路来自1、2#机6kV母线厂用变，型号SC9-160/6，另一路来自10KV系统。
4.2直流电源
沙畈电厂直流系统为镍铬电池，有一定的维护工作量，对环保也不利，需进行更换。新的直流电源采用高频开关型免维护蓄电池直流屏,容量100AH,中文人机界面，查询状态、修改参数方便。
5．励磁系统
电厂励磁系统部分元件主要元件如可控硅，灭磁开关等一次设备老化严重，随时有损坏的可能，建议励磁系统全部更新。改造后拟采用微机控制型励磁装置， PLC微机励磁系统配环氧浇铸干式励磁变，励磁系统将更加稳定，可靠。微机控制励磁装置采用双微机，全控桥系统。全数字调节。采用高性能触摸屏，通过触摸屏可以即时显示机组参数、调节器工况和故障信息，并可以通过触摸屏实现控制参数的在线修改。
6．监控保护系统
6.1技改后的沙畈电厂监控保护系统初拟下列两种方案进行比较。
方案一：采用常规控制保护屏
方案二：采用计算机监控系统
表一 控制保护系统技术经济分析比较表
综合比较，方案一虽价格便宜，但控制方式落后，自动化程度低，运行人员工作强度大，已不适应21世纪的发展要求，方案二采用计算机监控技术，可大大减轻运行人员劳动强度，可按水位自动调整出力，实现优化运行，增加发电量。另外，采用计算机监控系统，在条件许可的情况下，还可对电厂进行远方监控和控制，实现整个梯级电厂的联合优化运行。电厂配以视频监控后，可实现无人值班运行，大大减少运行管理人员，每年可节约大量运行成本。因此，电厂宜采用方案二。
6.2监控系统配置
根据电站实际情况，电站计算机监控系统采用开放式分层分布式结构的SDJK-2000型水电站计算机监控系统，监控系统分为2个层次，一个层次为电站管理层的上位机，即主控站工业控制机；另一个层次为面向控制对象的当地控制单元LCU。上位机与当地控制单元LCU之间采用以太网络通讯，构成一个分层式结构的计算机监控管理系统。
在机组控制、测量屏上，可通过装在屏上与可编程序控制器PLC相连的触摸屏或控制开关、按钮来完成机组的控制，使得操作方式类似于常规控制系统。当上位机退出运行，可编程序控制器也能独立完成机组单元的控制，这充分体现了分层分布式控制系统的优越性。
上位机主要设备即2套工业主控机，1套通讯用工业主控机，拆除原中控台。
当地控制保护单元共有7套：分别为1#机组控制屏，2#机组控制屏，公用设备控制屏，网络计量屏，1#、2#机组保护屏，主变保护屏（可包括110kV线路保护）。
每台机配一台集控制，保护、同期，信号于一体综合自动化柜，能完成机组单元的所有功能，机组采用分散同期方式，即每台机配同期装置，这样虽然增加了一些硬件成本，但接线比较简单。每台控制柜配一台触摸屏作为人机界台。另外综合控制柜除实现微机监控功能外，还配有必要的手动功能。确保计算机退出运行后，机组能正常开、停机、并网和调节负荷。
计算机监控系统硬件配置按照下列指标保留裕度：备用点不少于使用点的20%；CPU平均负载率不超过40%，最大负载率不超过50%；计算机的内部主存储器选择大容量80G，内存空间选用512M，保证40%以上区域留给用户使用；通道利用率留有50%的余度，根据实时响应规定和所传送最大报文或信息计算的数据率，不超过通道利用率的50%；预留可扩展的接口和设备容量，系统具备与其它控制和保护设备系统通讯的能力。
6.3保护系统配置
沙畈电厂发电机保护测量装置根据规范要求配差动保护、过电压保护，转子一点接地保护和后备保护。主变配差动保护和后备保护，110kV线路配二段式电流保护和低频见压解列装置。本次技改拟采用国电南自PS 690U发电机保护测量装置和DGT 801主变保护测量装置。发电机保护装置采用国际流行的高速处理器，主频为200MHZ,32位CPU将保护、测控、通信功能集成于一体，内置资源丰富，外围电路设计简单你，功耗小，保证产品质量和稳定性。主变保护装置采用独创的双电源双CPU并行的处理技术，结构先进，性能优良，调试和维护人性化，运行可靠安全。每套保护中的主、后备保护不但品种齐全，且相互独立，真正起到主保护和后备保护所应起的作用。
7.电气设备布置
电厂改造后，原高压开关室、中控室、升压站位置基本不变。中控室、机旁屏采用微机监控保护系统后屏柜数量减少，空出位置地面作封孔铺花岗岩处理。
3 结 论
经过以上方面的分析，对沙畈电厂自动化改造工程的结论如下：
沙畈电厂经过十几年的运行，由于大量采用电子元件，导致控制部分老化，存在安全隐患。从电站安全运行以及充分利用水资源的角度，对电厂机组进行自动化改造十分必要。
电厂所处的区域地质稳定，厂房以及引水系统工程地质情况较好，能满足机组改造工程的要求。在做好环境保护工作的前提下，进行机组改造工程建设不会对环境造成大的影响。并且电厂的水工建筑物情况良好，在稍作处理的情况下，能满足机组改造工程的要求。
沙畈电厂通过自动化改造后，采用了新的设备和技术，实现了一二级电厂的远程控制，实现了无人值班（少人值守）。大大减少了机组的故障率，通过减员增效达到了提高经济效益的目的。