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1 概况
镇头水库电站位于建德市后源溪三都镇境内,装机容量为2×320 kW,分别于1996年8月和1999年3月并网发电;水轮机型号为HL300-WJ-50,额定水头27 m,额定流量1.6 m3/s,额定转速为750 r/min;发电机型号SFW320-8/850,额定电压400 V,额定电流577 A;可控硅励磁。年运行小时3 800 h。
2 技改要求
镇头水库电站1号机组1996年8月投入运行,与多数小水电站一样,配套的水轮机调速设备是电、手动调速器,经过2年多的运行和实际操作,出现了如下问题。
因我站座落在偏僻山区,高压线路较长,汛期雷电频繁,线路故障较多,继电保护自动动作使发电机主开关经常跳闸解列。当保护动作跳闸解列后,发电机负荷消失,使机组转速上升。随着机组转速的上升,发电机定子电压上升,直至过压保护动作。随着电压继电器动作,灭磁开关跳闸,发电机失压,靠发电机提供电源的电、手动调速器就无法正常电动关机,在这种紧急情况下,只好靠运行人员手动紧急关机。如运行人员稍有疏忽,关机时间拖延,机组飞车时间就较长,对整个发电机组产生危害,这样次数越多,对机组寿命的影响就越大。此外,在这种工作环境下的运行人员,其心理恐惧(机组飞车时)造成的身体损害也是不容忽视的。
1998年10月经市供电局和金华电业局批准,决定增设第二台发电机组。为此我站向负责2号机设计的建德市水电工程处提出了1996年投产的1号机组存在的上述缺陷,并望予以改进的要求。
3 用TC型操作器取代电、手动调速器
提出改进要求后,市水电工程处推荐采用水利部农村电气化研究所下属的杭州亚太水电设备成套有限公司生产的TC型操作器。由于该控制设备是靠机械储能的释放来确保失去厂用电后水轮机能自动安全关机的装置,它比液压储能的控制设备更可靠,且投资可节省50%以上;结构简单,一般机修工均能胜任设备的检修工作,维修费用低,已先后在我市的3座小水电站上得到应用。最早是1993年配置在1台电压为6.3 kV、额定功率500 kW机组上,用它取代了原有的电、手动调速器,正常工作至今,保证了机组的安全运行。为慎重计,1999年初,我站先购置了1台TC-150水轮机操作器及微电脑控制器,更换了原有的电、手动调速器试用。
我站原配用的电、手动调速器是70年代由导叶手动操作机构改进而成。电、手动调速器是相对液压调速器的习惯称号,它既无自动监测频率变化而相应自动改变导水机构开度的功能,又无任何储能机构(对由机组本身提供关机电源的设备而言)提供事故关机保证。显然,由于它不能自动调速,实际应叫电、手动操作器。
对残压水平较高的低压水轮发电机,遇主开关跳闸解列时,尚能凭残压供电、手动操作器紧急关机;对残压水平较低者,就难以保证其安全关机,我站即属此列。
我站现配用的TC型水轮机操作器设电动、手动两用驱动机构(开机无电源时,手摇至空载升压),使头部装有一对滚轮的传力丝杆往返移动,开机时,这个被电磁控制机构约束住的滚轮,去推动一个经杠杆与接力器活塞杆相连的传动块移动,使接力器活塞向开机侧移动,预压缩储能弹簧随之增大压缩;关机时,传动块在储能弹簧反作用力下紧随丝杆头部滚轮反向移动,实现机组的正常开停机、整步并网、增减负荷、稳定运行。
自安装该设备后,再发生线路故障跳闸时,发电机主开关内的一对接点随即动作,使电磁控制机构上的电磁铁失电,丝杆头部滚轮失去约束而转入传动块端部开口槽中,传动块与接力器活塞受储能弹簧的推动,迅即按“调保计算”的要求先快后慢自动关机,机组安全运行得到了保证。由于接力器内的预压储能弹簧始终将活塞向关机侧推着,紧急关机动作非常及时,从前那种可怕的飞车声再也听不到了,运行人员彻底消除了飞车时的恐惧心理。
使用不久,运行人员就掌握了设备性能,他们站在控制屏前就可正常开停机、整步并网、增减负荷。当操作开机按钮使TC操作器电动开机至空载开度范围,机组升压高于320 V,频率高于45 Hz,微电脑控制器断续发出开大或关小指令,使TC操作器的驱动电机点动工作,使机频与网频很快接近,同时,运行人员调整励磁电流,使发电机电压与电网电压相等,机频与网频之差小于0.25 Hz,相角小于20°,微电脑控制器发出合闸信号,数码管显示“H”,合闸指示灯亮,机组自动并网发电。这样,运行人员也不必为非同期并网而担心,成了体现我们这种农村小型水电站自动化水平的主要设备。
经过一段时间的运行,TC型操作器电磁控制机构上的电磁铁线圈被烧毁,且正遇上汛期满发,在更换电磁线圈之前,我们立即将电磁控制机构由自控改为手控,将原来靠电磁铁支撑的电磁控制机构改为原结构中已备有的顶锤机构支撑,操作器亦正常工作,机组满发满供。在此状况下,万一遇上系统故障跳闸,可同YT型自动调速器紧停电磁阀线圈烧毁待更换一样,用手压一下紧停操纵杆,使丝杆头部的滚轮自动脱扣关机,即可保证机组安全运行。根据我站电压偏高的实际情况,为避免再次烧毁电磁铁线圈,特与该专利产品的发明和研制人联系,取得了适合我站电磁铁线圈绕组的数据。经绕制投运,电磁铁温升比标准产品明显降低,至今工作正常。
经过第一台机组的实用证明,TC型操作器能保证我站这种采用可控硅励磁方式机组的安全运行,故在第二台机组设计时即采用TC-150型水轮机操作器,并于1999年3月并网发电,安全运行至今。
4 结语
镇头水库电站的水轮发电机组,电压为400 V,采用可控硅励磁方式,原配用电、手动调速器难以保证机组的安全运行,飞车时给运行人员造成的心理恐惧损害也应予重视。为此,我站特将电、手动调速器更新为靠机械储能自动关机的TC型水轮机操作器。机械储能控制设备比液压储能控制设备投资少、维修易,更主要的是机械储能比液压储能可靠性高。
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