黄龙滩水力发电厂溢流坝段启闭机改造项目可行性研究

黄龙滩水力发电厂溢流坝段启闭机改造项目可行性研究

刘朝贵

国网湖北省电力有限公司黄龙滩水力发电厂湖北省 十堰市 442000

摘 要：本文介绍了黄龙滩水力发电厂溢流坝段启闭机系统结构，分析存在的问题，提出系统的改造设计思想，并简述改造方向。

关键词：大坝溢流坝段 启闭机 改造 智慧电厂

一、工程概况

黄龙滩水力发电厂位于鄂西北堵河下游，距十堰市中心34km。工程枢纽总体布置为左岸岸边引水式地面厂房，电站装两台75MW的水轮发电机组，年平均发电量7.59亿度。电站是一个以发电为主，同时具有工业供水，农田灌溉等综合效益的大型水利枢纽工程。

坝址以上控制流域面积11140 km2，总库容11.7亿m3，为季调节水库。枢纽主要建筑物有拦河坝、溢洪道、引水系统、地面厂房、开关站、升船机和供水系统等，正常蓄水位247.00 m，经1993年底机组增容改造，电站装机容量170MW。

大坝为混凝土实体重力坝，坝顶高程252.00 m，最大坝高107 m，坝顶总长371 m。7号为表孔非常溢流坝段，8号～13号为河床潜孔式溢流坝段，14号为深孔泄水道坝段，7~14溢流坝段同时设溢洪闸门及自动控制系统。

黄龙滩水库于1974年1月下闸蓄水，同年5、6月两台机组相继发电，1976年1月工程完工。2002年6月，黄龙滩水力发电厂开始扩建，新增两台容量为2×17MW的发电机组，2004年9月新增扩建机组相继并网发电。

二、原系统结构

电站7#-13#坝段溢洪道工作闸门启闭机机械设备

国网湖北黄龙滩水电厂 7#-13#坝段溢洪道工作闸门启闭机机械设备于1974年投运至今。

1、闸门控制系统

闸门控制系统于2002年投入使用，已运行18年。每套闸门启闭机设1面电控柜，电控柜内包括双电源手动切换装置、启动装置、断路器等设备，用于控制每扇闸门现地手动启闭，电控柜由原电站运行人员自主组屏。坝顶设2面闸门启闭机联合控制柜，分别用于7#-10#坝段启闭机联合控制，11#-14#坝段启闭机联合控制，每面联控控制柜内包括可编程逻辑控制器（PLC）、触摸屏、通信接口设备等。联合控制柜与电站计算机监控系统通信，用于电站监控系统对闸门的控制和监视，同时与十堰市远方控制中心通信连接，以实现闸门的远方启闭，联合控制柜由武汉三联水电控制设备有限公司生产。7#启闭机电控柜和2面联合控制柜布置在坝顶配电室，其余电控柜布置在相应启闭机旁。

2、闸门配电系统

7#~14#坝段溢洪道工作闸门及启闭机由坝顶配电房0.4kV母线供电。坝顶0.4kV母线为单母线分段接线，两回电源分别来自10kV开闭所10kVⅠ、Ⅱ段母线，其中10kV开闭所母线设置有柴油发电机作为全厂应急电源用。10kV开闭所、坝顶电配电柜均于2021年上半年完成改造。

7#~14#坝段溢洪道工作闸门及启闭机具体供电方式为：供电分为两级供电，主电源引接自坝顶配电房0.4kV母线供电，各闸门段设置启闭机启动柜，各启动柜之间通过电缆连接形成环形接线，给各启闭机供电。

三、改造方向及预期目标

通过7#-14#坝段启闭机改造项目，更换设备老旧的启闭机，提升闸门和启闭机运行的可靠性，以满足现行规程规范及国网相关企业标准要求。

通过7#-14#坝段启闭机改造项目，更换启闭机电气控制系统，提升现地控制可靠性和安全性，利于闸门运行数据收集和反馈，以满足现行规程规范及国网相关企业标准要求，也为电站今后的智能化管理奠定基础；同时增加远方控制系统，便于闸门和启闭机实现线上管理，更利于防洪调度。

四、可研范围和规模

7#-14#坝段工作闸门启闭机的改造应适应现有电站运行维护、水工建筑物结构、机电设备实际布置情况，具体改造范围如下：

对7#-14#坝段工作闸门启闭机运行缺陷进行结构和安全性分析，并根据设备现状分析成果，提出技术改造方案，选定实施方案。

综合电厂反馈的设备运行情况、现行规范规程以及国网公司要求，对影响7#-14#坝段闸门和启闭机安全运行的其他问题，提出技术改造方案，选定实施方案。

五、溢洪闸门启闭机系统改造项目必要性分析

1、7#-13#坝段溢洪闸门启闭机机械设备

经过46年的运行，启闭机机械设备部分部件出现严重锈蚀、磨损。主要问题有：动滑轮组、定滑轮组磨损锈蚀严重；钢丝绳磨损锈蚀严重；制动器、减速器、电动机投运至今历时较长，制动器局部已出现严重锈蚀，同时，制动器为电磁型制动器，该类制动器存在耗电多、噪音大、磁铁线圈轻易烧坏，使用寿命短等问题，在使用中线圈更换与安装频繁，维修难题，造成较大的人力与物力资源浪费；减速器运行时晃动且有异响，齿轮磨损厉害；电动机防水等级不满足要求，且能耗高、效率低，电动机为七十年代产品，其备品备件已难以购买。不满足国家和国网公司节能降耗以及技术性先进的要求。

根据国家电网公司生产技术改造原则“9.3.3.34.1 闸门启闭机、船闸、升船机等水工建筑物启闭设备液压系统、润滑系统、金属结构等主要部件存在影响安全运行的重大缺陷，且无法修复，应进行改造”，因此，对电站7#-13#坝段溢洪道工作闸门启闭机（机械设备）进行改造是必要的。

2、启闭机电气设备

电气设备经过18年的运行，暴漏的主要问题：启闭机控制柜现场湿度大，运行环境较差，盘柜顶部土建结构根据天气状况存在不同程度渗水，屏柜防护等级较低，屏柜及柜内设备存在锈蚀情况，设备监控及自动化控制系统设备元件老化、运行缺陷较多，故障率较高。所有电动机和一次电缆使用年限长，保证性差，不能满足电站泄洪安全要求。

根据国家电网公司生产技术改造原则“9.3.3.34.2 闸门启闭机、船闸、升船机等水工建筑物启闭设备监控及自动化控制系统设备元件老化、运行缺陷较多，宜安排改造”，因此，对闸门控制系统进行整体更换是必要的。

黄龙滩电厂7#-14#坝段启闭机主要操作泄洪的工作闸门，对电厂的防洪度汛以及整个流域的联合调度起至关重要的作用，如启闭机在防洪的关键时期不能正常运行或出现故障，将直接威胁大坝和下游人民生命财产安全。因此尽快对7#-14#坝段启闭机进行改造，进而保证电站运行和防洪安全。因此安全运行来看，该项改造是十分必要的。

六、项目技术方案研究方向

启闭机机械部分选择机械性能佳、技术参数优良、便于检修维护、安全性能可靠、满足国网运行要求的设备进行整体更换。

根据启闭机运行需要，对7#-14#坝段闸门启闭机控制系统进行整体更换，选择防水性能佳、技术参数优良、安全性能可靠、满足国网运行要求的设备进行更换。优化完善自动化元器件选型，采用成熟先进的闸门起升高度检测编码器、荷载限制器、电机保护器等。同时，对所有启闭机供电电缆进行更换，优化闸门双电源控制系统。通过整体优化改造，使电控设备性能全面升级，防护等级提升，大大降低控制设备的故障率，从根本上解决启闭机运行存在的安全隐患。改造后的启闭机系统完全满足远程终端闸门监视及全自动化控制闸门启闭功能，为电站实现无人值班提供保障。同时，为智慧电站的建设提供了稳定可靠、规范的的数据通讯接口，奠定了电站长远规划升级基础。

参考文献：

[1]水电工程启闭机设计规范NB/T1034.1-2019

[2]水利水电工程启闭机设计规范SL41-2018