技术改造设计文档格式.docx
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因80年代进行过改造,回路紊乱,问题排查处理困难;
办厂后对机组控制、保护的反应速度要求更高,70年代的技术满足不了这一要求。
4、机组改造的必要性及重要意义:
机组运行三十多年,很多设备设施达到或超过了它的使用寿命,只能通过改造,实现机组设备设施的更新,确保机组运行安全和效益的充分发挥。
在改造的过程中,可利用当前日渐成熟的新技术和新材料,减少机组汽蚀,增强机组运行稳定性,增加发电出力。
第二章机组改造的内容
1)更新水轮机转轮以减少渗漏;
2)将发电机定子线圈更换为F级绝缘以增加机组出力;
3)改造频率与电压调节系统;
4)改造机组控制系统;
5)实施一套全自动控制系统。
第三章初步设计
1、更换转轮
洙津水电站属坝后式电站。
上游水库水位变化不大,一般在▽63.5-63.8m之间波动,受下游河道水位变化影响,尾水位变化较大,通常情况下水位在▽41-42m之间变化,丰水期尾水位较高,枯水期尾水位较低,但低于▽41m的情况则很少出现。
洙津电站水轮机安装高程图纸标示为▽45.5m,实际测量高程为▽45.25m,对应于尾水位▽41-42m,水轮机吸出高度为+4.25m-+3.25m,相应的轮机机装置空化系数δp为0.26-0.32。
洙津电站水轮机一般在满开度运行,只在每年7-9月灌溉期,因可用于发电的水量较少时,机组才在约60%或80%导叶开度下运行(70%附近导叶开度区为水轮机水力振动区,机组一般不在此区域运行)。
随着最近科学技术的突飞猛进,特别是近十年来国外众多水电行业著名公司先后与国内同行合资或合作,引进国外的先进技术使国内水轮机技术进步很快,与当初使用的八十年代转轮模型技术相比,技术上已有很大进步。
根据电站多年运行得出的实际参数及运行工况,为了充分发挥有限的水利资源,可采用在该水头段的优秀模型转轮FK230技术,FK230模型转轮是从国外引进的该水头段的优秀模型转轮,具有效率高、高效区宽阔、抗空蚀性能好和运行稳定等优点,并上世纪90年代经水轮机模型试验台验证,同时在国内外多座电站运行的实际考验。
①、模型流道尺寸比较:
№
项目
单位
HL123
FK230
1
导水机构
导叶布置圆直径D0
1.16D1
1.206D1
2
导叶高度b0
0.35D1
0.35D1
3
导叶数Z0
只
24
4
蜗壳包角Ψ
°
345
5
转轮
转轮叶片数Z1
14
7
尾水管
尾水管高度H0
2.537D1
3.26D1
8
尾水管长度L0
2.618D1
5.529D1
②、模型转轮能量参数比较:
单位
模型转轮直径D1
mm
460
350
基准使用水头Hmax
M
45
最
优
工
况
单位转速n10
R/min
72
80.1
6
单位流量Q10
m3/s
1.1
1.37
最优效率η0max
%
91
92.1
最优点比转速ns
m-kW
237
282
9
限
制
1.24
1.57
10
90
89
11
空蚀系数σ0
0.20
0.17
13
最大水推力系数
0.41
0.58
③、机组技术改造方案的计算
根据电厂多年的运行情况,经慎重考虑提出设计水头取20.8m,此时在额定转速运行时,对应点的单位转速n11=65.8r/min,Q11=1.4m3/s,但从模型曲线上看,单位流量实际可取1.50以上对应导叶转角36°
,模型效率为η=88.50%,真机效率可取90%
工作流量:
根据水轮机相似定律:
Q=Q11D12H1/2=1.4×
1.22×
20.81/2=9.20m3/s
水轮发电机组出力Pn=9.81QHηη发=9.81×
9.2×
20.8×
90%×
95%=1605KW
经计算:
水轮机更换转轮后出力保证可达到1650kW其余部件均不变。
机组轴向负荷:
经改造前后转动总份的重量几不变,最大水推力系数由原来的0.41提高至0.58,最大水推力为:
0.58×
20.8=17.4吨,目前推力瓦温度看,裕度是足够的。
主轴强度计算:
轴的最小有效直径为φ220mm,经初步计算可满足要求。
水轮机吸出高度计算:
运行的最大空化系数为0.17,当安全系数取1.6时的吸出高度计算值为+4.45m,完全满足现行要求。
2、更换发电机定子线圈
因绝缘材料的变更,磁极空间能满足增大线圈线轨的要求,具体电磁计算如下表:
序号
项 目
单 位
参数值
保证值
不改造增容参数
额定功率(PN)
kW
1600
额定电压(UN)
V
6300
额定电流(IN)
A
183.3
相数
额定频率(fN)
HZ
50
额定功率因数
0.8(滞后)
额定转速(nN)
r/min
250
极数
24极
绝缘等级
F级
额定励磁电压
118
≤120
119
额定励磁电流
295
≤300
300
12
定子接线法
Y
定子相电阻(r1)(75℃)
P.u.
0.01210
(r1)(75℃)=0.24012Ω
15
励磁绕组电阻(rf)
0.002746
(rf)(75℃)=0.34360Ω
16
定子漏抗(Xe)
0.10277
17
直轴同步电抗(Xd)
1.16835
18
交轴同步电抗(Xq)
0.70486
19
直轴电枢反应电抗(Xad)
1.06558
20
交轴电枢反应电抗(Xaq)
0.60209
21
直轴次瞬变电抗(X”d)
0.23239
22
交轴次瞬变电抗(X”q)
23
效率(η)
93.92
93.6
93.2
25
过载能力
倍
2.675
2.68
26
短路比
1.08
27
定子绕组温升
K
43.2
≤80
67.6
28
转子绕组温升
65.0
72.1
3更换调速器
3.1 调节器(电器部分)的配置
选用以进口高性能、高可靠性的日本三菱FX2N系列可编程控制器作为调节控制核心。
这样既满足了调速器的可靠性要求,又充分考虑了调速器的通用性,可扩展性。
以彩色触摸屏作为人机交互的界面,具有画面丰富,能完成调速器的相关测试及显示实时曲线。
调节器整机所有性能指标均达到或超过国标GB/T9652-1997要求。
调节器还有一个完备的计算机监控系统接口的RS-485通讯模块。
3.2 机械液压系统(调速器机械部分)的配置
调速器机械液压系统采用我公司生产的YWT型数字式机械液压系统,该系统全部由数字阀、液控单向阀等标准液压元件构成,并应用集成式结构,体积小,性能高。
4更新控制系统
洙津电站原控制系统自动化程度低,此次改造采用微机监控系统
4.1系统特点
◆ 系统采用分层分布开放式网络结构,系统的软、硬件均采用模块化、结构化的设计。
◆ 监控软件采用面向对象、全模块化、结构化编程,采用关系型数据库结构,采用堆叠式模块组成,各模块独立完成相应功能,编程扩展方便,易组态、全开放。
◆ 操作系统采用运行经验成熟,运行稳定可靠,抗病毒功能强的实时多任务开放式操作系统。
用户接口支持多窗口操作,具有友善的用户界面。
◆ 机组控制以可编程控制器(PLC)为核心,采用液晶触摸屏作为人机界面,监控界面采用菜单形式,并具有强大的实时图形界面显示,可方便进行机组控制和参数设置。
◆ 国际标准的模块化结构,模块互换能力强。
◆ 不同监控层的设备相互独立,局部故障不影响整个监控系统的运行。
现地控制层在监控系统退出后仍能对机组进行正常控制操作。
◆ 系统主要设备都具备自检功能,对通讯网络和所有软、硬件具有巡检功能,极大地提高了系统的可靠性。
◆ 功能的配置、结构的选择性能指标的确定均以满足电站生产过程的实际需要为目标,具有良好的可操作性和可维护性。
◆ 系统的人机界面采用成熟的汉化系统。
◆ 可以多主方式工作,网络上任一个节点均可任意时刻主动向网络上其他节点发送信息,可以不分主从,方便地构成多主系统。
◆ 主机、辅机监控设备和公用开关站的保护设备均相对独立,仅通过通信网络互联,整体可靠性不受局部影响,具备高度的灵活性和扩展性,便于系统维护。
4.2系统结构及配置
洙津水电站计算机监控系统采用全分布开放式的全厂集中监控方案。
设有负责完成全厂集中监控任务的电站控制系统及负责完成机组、开关站公用设备监控任务的现地控制系统。
现地控制系统以可编程控制器为核心构成,现地控制系统的设备靠近被控对象布置。
主控级和现地控制单元级经100Mbps以太网相连。
系统结构如图所示:
1)电站控制级
电站控制级为电站的实时监控中心,负责全厂的自动化功能(包括安全监视、控制操作、自动发电控制AGC、自动电压控制AVC等)、历史数据处理(包括运行报表、设备档案、运行参数等)、人机对话(包括对运行设备的监视、事故和故障报警,对运行设备的人工干预及各种参数的修改和设置等)及时钟同步。
(1)主机/操作员工作站 2套
主机操作员工作站的功能包括对整个电厂的运行管理、数据库管理、综合计算、事故故障信号的分析处理、图形显示、定值设定及变更工作方式、模拟数据的趋势分析及记录、统计和制表打印、运行和事故处理指导、历史数据记录、整理、归档和检索等。
运行值班人员通过彩色液晶显示器可对电厂的生产、设备运行做实时监视。
电厂所有的操作控制都可以通过鼠标及键盘实现。
工作站配置声卡和语音软件,用于当被监控对象发生事故或故障时,发出语音报警提醒运行人员。
主机/操作员工作站采用双机热备用工作方式,任何一台计算机故障,系统无扰动切换到另一台计算机,仍可正常运行。
(2)打印机 1台
系统配置一台A3幅面打印机,完成监控系统的各种打印服务功能。
打印方式以召唤打印为主,定时打印为辅。
(3)GPS卫星时钟 1套
系统配置一套高精度的时钟系统,时钟系统能与卫星的标准时间同步。
时钟精度满足时间顺序记录分辨率的要求。
(4)逆变电源 1套
系统配置一套交直流双输入逆变电源,为电站计算机监控系统上位机设备供电,提高系统电源的可靠性。
(5)网络设备 1套
系统网络采用以太网结构,符合工业通用的国际标准IEEE802.3以及TCP/IP规约。
网络设备包括交换机以及网络电缆等。
另:
电站配有一套系统软件,软件主要包括操作系统软件、支持软件、系统开发工具软件和专为洙津水电站计算机监控系统开发的应用软件。
5更新保护系统
保护系统由原继电保护更换为微机保护系统
5.1系统设计原则
◆ 微机保护系统按“无人值班(少人值守)”原则进行总体设计,本着安全、可靠、经济、先进、实用、易于维护的原则进行配置。
◆ 微机保护系统均采用为处理器构成的数字式保护装置。
◆ 微机保护具有独立性、完整性及成套性。
◆ 微机保护系统满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。
◆ 采用启动/闭锁或双重化措施,避免内部元件损坏而引起误动;
主保护和后备保护分设在不同的保护装置内。
◆ 微机保护装设硬件闭锁回路,防跳跃闭锁保护。
装置设有自复位电路,因干扰而造成程序走死时通过自复位电路能自动恢复正常工作。
◆ 微机保护采用单元式组合,可方便的进行保护配置和功能的扩充,系统模件通用性和互换性好,抗干扰能力强。
◆ 微机保护软件具有通用性和灵活性,对于不同运行场合工况可任意整定,而无需改动软件。
◆ 微机保护满足通用性和互换性,使用和维护方便。
◆ 微机保护具有自己独立的通信接口,用于保护定值整定及与电站监控系统通信。
◆ 微机保护在满足设计规范要求和部颁《继电保护和安全自动装置反事故措施要求》的前提下,注重经济性和实用性,组屏方案合理,性价比高。
5.2系统特点
◆ 密闭抗干扰式保护与监控一体化单元机箱,设计灵活,既可以集中组屏,也可以分散安装于开关柜上。
◆ 保护装置采用成熟的保护理论、完善的保护判据、确保故障不误判、拒判。
◆ 人机接口友好,大屏幕汉字显示实时电流、电压和功率、电度及其它所需的电气量。
人机交互液晶可按照用户的要求进行组态。
◆ 直接使用汉字显示保护动作信息;
保护定值通过薄膜按键就地整定,也可通过后台计算机远方整定。
◆ 保护模块配置合理。
当装置出现单一硬件故障退出运行时,被保护设备可继续运行。
◆ 硬件模块化结构设计,互换能力强,软件可向下兼容,同一硬件固化不同软件即可完成不同设备的保护测控。
◆ 硬件结构采用多CPU系统。
主保护和后备保护配置在不同的CPU内。
CPU采用四层板和表面贴装技术,强电弱电回路合理布局,抗干扰能力强。
◆ 继电保护采用差分全波傅氏算法,它具有良好的滤波效果及计算精度,抗干扰性能好。
◆ 采用软/硬件“看门狗”电路及多层光电隔离抗干扰设计,各单元相互独立、互不影响,功能上不依赖于监控主机,成功地提高了整个系统的抗干扰能力和可靠性。
◆ 具有多组故障自检功能,硬件检测直到分/合闸出口继电器,方便维护人员及时查找故障点及故障性质。
◆ 具有RS-485通信接口,方便实现与计算机监控系统的通信,同时具有一个调试通信接口
◆ 保护装置具有完善的事件记录功能,保护动作报告、开关量变位、自检结果、定值改动、录波数据均有记录,可实时传送至后台监控。
◆ 保护装置能实时测量电压、电流、功率、功率因素等电气测量值,提供2路脉冲输入接口、16路开路信号,12路开出信号。
◆ 保护装置具有故障录波功能,能有效地记录故障发生时刻的波形。
5.3系统结构及组屏
系统结构
微机保护采用分布式单元机箱结构,各保护单元均相对独立,通过站内现场总线互联。
在功能分配上,采用能下放尽量下放的原则,保护单元箱能完成的功能绝不依赖通信网,各保护单元箱上均配有操作面板和必要的手动操作开关及信号灯,运行人员可通过就地单元箱上的操作面板或人机接口,对相应电气设备进行操作,各保护单元故障或退出运行时,不影响其它单元及上层监控。
保护单元结构示意图如右图。
系统组屏
每台发电机保护组屏1面,共2面
35KV线路、主变及厂变保护组屏2面,共2面
保护盘布置
机柜正面上部为保护单元,下部为压板。
机柜背面最上端为电源开关安装层,上部为保护单元的端子,下部为压板接线端子,最下端为接地铜排,两侧为竖排接线端子。
柜内强弱电端子分开布置,顶部标明安装单元。
交流电流端子采用试验端子。
电源端子间、电源端子与其它端子间用隔板隔开。
盘柜的正面根据需要可安装控制开关和复归按钮。
6新增直流系统
6.1系统设计原则
◆ 按“无人值班(少人值守)”的要求进行总体设计,本着安全、可靠、先进、经济、实用的原则进行配置。
◆ 采用高频开关充电单元模块化设计,N+1冗余组合,模块并联运行时自动均流。
模块化、结构化的设计,符合开放性要求,使系统更能适应功能的增加和规模的扩充。
◆ 直流电源系统运行高度可靠,其本身的某一局部模块故障不影响其它部分的正常工作,而且系统的各项可用性指标均达到国家及部颁直流电源系统设备技术要求的规定。
◆ 蓄电池采用智能管理,实时自动监测蓄电池的端电压和充放电电流,并设电池过压、欠压、充电过流等声光报警;
均充和浮充过程可自动转换,按充电曲线自动控制和运行。
◆ 直流馈电母线设合闸母线和控制母线。
◆ 采用通信接口与电站监控系统连接,可实现遥控、遥测、遥调、遥信的功能。
◆ 系统实时性好,抗干扰能力强。
◆ 采用三级防雷和高绝缘防护措施,确保系统和人身安全。
◆ 采用全中文图文监控界面,操作、维护方便,具有通信纠错功能。
6.2系统特点
◆ 采用开关电源特有的模块化设计,N+1热备份,可靠性高;
◆ 采用智能高频开关整流技术,对电池实现智能充电管理;
◆ 充电模块系统采用自然冷却方式,提高了MTBF(平均无故障时间),能够适应环境相对恶劣的场所;
◆ 充电模块可以带电热插拔,平均维护时间大幅度减少;
◆ 高精度动态均流,可自主、主控或受控运行;
◆ 采用国际最新软开关技术,关键器件全部采用高质量的进口名牌产品;
◆ 监控模块采用大屏幕液晶汉字显示,界面友好丰富,声光告警;
◆ 可通过监控模块进行系统各个部分的参数设置;
◆ 可靠的防雷和高度的电气绝缘防护措施;
◆ 具备输出电压和电流平滑调节功能,蓄电池温度自动补偿功能等;
◆ 备有多个扩展口可以接入多种外部设备;
◆ 可实现对电源系统的“遥测、遥控、遥信、遥调”,实现无人值守。
6.3系统功能
◆ 全自动、手动智能充电和管理(包括均浮充转换控制及开关机控制);
◆ 在线显示所有电源模块运行状态、充电电流及故障告警;
◆ 三相交流输入电压、电流检测及过压、欠压、缺相、失电告警;
◆ 合母电压、放电电流检测及合母过压、欠压告警;
◆ 控母电压检测及过压、欠压告警;
◆ 电池电压检测过压、欠压报警;
◆ 母线对地绝缘检测及正负、极接地告警;
◆ 历史告警事件查询;
◆ 通过RS232或RS485接口,可实现“遥测、遥信、遥控、遥调”功能。
6.4系统组成及配置说明
水电站的直流系统额定电压为220V,容量为100Ah,采用一组阀控式密封免维护铅酸蓄电池。
蓄电池组正常以全浮充电方式运行。
直流系统充电/浮充电装置采用智能高频开关电源模块并联组成,主要由充电模块、监控模块、交直流采样单元、交流配电、降压单元、绝缘监测、防雷装置及免维护铅酸蓄电池等组成。
7新装微机励磁系统
7.1系统设计原则
◆电站励磁系统改造按“无人值班(少人值守)”的原则设计,采用静止式可控硅全控桥自并激微机励磁系统。
◆励磁系统采用双微机、现地/远方控制、自动/手动调节的设计模式;
◆励磁系统满足发电、同期、零起升压等各种工况要求;
◆励磁系统容量满足发电机额定容量时的强励要求;
◆励磁系统采用残压起励为主,备用直流(DC220V)起励的方式,起励回路具有起励后自动退出和起励不成功的保护回路;
◆励磁系统满足电站计算机监控系统AVC调节的要求,并留有与计算机监控系统RS485接口及信号输出接口;
◆励磁系统的控制电源采用双电源交流220V及直流220V,两种电源能够互相自动切换,控制电源的切换对励磁系统无扰动。
◆励磁系统配置完善的保护功能,如直流侧短路过电流保护,励磁绕组回路及功率整流桥过电压保护等;
7.2系统功能特点
◆励磁系统配置微机调节监控装置。
◆采用标准嵌入式结构系统。
◆微机调节监控装置配有液晶触摸屏,进行全中文实时数据的显示,各种事件与事故的查询,以及对控制数据的设置。
◆微机调节监控装置可以与其它任何智能装置通讯,现实远方监控对时。
◆通过设置微机调节监控装置可以选择励磁系统设备的的运行方式,如:
恒压运行、恒流运行、恒无功运行、恒功率因数运行、测试试验运行等。
◆该装置具有电力系统稳定器PSS功能,为高质量供电提供保证。
◆在机组运行过程中可以对机组的无功或功率因数进行设置,实现自动监控。
◆自适应调节方式。
◆直观的显示模式。
◆脉冲驱动能力强。
◆完善的自检功能。
◆自复归功能。
◆完善的试验功能。
◆完善的限制保护功能。
◆优良的控制规律。
◆可靠的双电源供电。
◆采用RS-485方式通讯并配备常规接口。
◆数字式输入输出。
◆傻瓜型使用和操作。
7.3设备概述
电站微机励磁系统采用PWL-2B双微机自并励静止励磁系统,该系统是PWL系列微机励磁控制系统的第四代产品。
目前在全球范围内有着数百套系统的优良的运行业绩。
PWL-2B双微机自并励静止励磁系统在设计上包含了PWL系列产品的核心技术,同时还吸收了目前数字励磁控制领域内最先进的研究成果和工艺,增加了许多新的先进方法和手段,如高速数字信号处理技术、多处理器的应用技术、独特的控制算法和多种调试手段以及更为人性化的人机交互界面等。
PWL-2B双微机励磁系统所有的功能部件全部标准化、系列化,极大地提高了系统的可靠性,方便了系统的设计工作,简化了制造工艺,缩短了交货周期,同时也便于系统检验、调试、维护和备件备用、更换等工作。
上述设计使PWL-2B具有卓越的控制性能、丰富的应用功能、先进的硬件组合、灵活的操作方式、
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