诸葛洞电站冷却系统技术改造及节能增效分析.pdf

P L C技 术 [ 摘要] 关键词 0 引言 诸葛洞 电站冷却 系统技术改造及节能增效分析 李泽皑 黔东南州地方电力总公司施秉分公司，贵州 黔 东南州 5 5 6 2 0 0 针对诸葛洞电站冷却系统存在的问题，通过在机组 P L C程序中增加定子运行温度控制启停轴流风机程序， 实现 温度控制轴流风机的 自动启停 ，并在 电站 的供水 系统 中加装 了管道泵和变频节 电控制 系统 ，提 高 了系统 运行 的可靠性和 自动化水平 ，实现 了节能增效 。 冷却 系统 轴流风机 P L C 供 水 系统管道泵变频器 诸葛洞电站位于施秉县舞阳河干流的诸葛洞峡谷处， 是舞 阳河干流上的第二梯级发电站 。该 电站为径流式 ，装 机容量为 2 x1 6 0 0 k W，拦河坝为橡胶坝 ；水轮发 电机组 采用南宁发 电设 备总厂 S F 1 6 O 0 3 6 ／ 3 2 5 0型风冷式机组 ， 配置 的两台 1 1 k W 轴流风机和发 电机同时运行 ；技术供水 系统采用水泵加水池方式 。在实际运行 中，原供水泵 和轴 流风机的电机功率大 ，长时间运行造成厂用电消耗 量大， 且维护量大 、费用 高。为 了节 能增效 、降低厂 用 电消耗 量 ，需对其冷却系统进行技改。 1轴流风机技术改造 原诸葛洞 电站两台轴流 风机为 3 O K 4 1 1 ／ 0 8 0 0型，扇 叶为 P 8 0 0 ；配 置 的 电 机容 量 为 1 1 l ，四极 ，转 速 为 1 4 5 0 r ／ mi n 。由于 1 l k W 电机重达 1 2 0 k g ，因此受 外墙安 装方式和位置限制，其维护极为不便。 查 阅历 年运行 日志可知 ，室温为 1 O ℃ ，带 1 5 0 0 k W 负荷时，发电机定子运行 温度为 5 5 ℃；夏天室 温为 3 8 ～ 3 9 ℃ 极少达到 时 ，发电机定子运行温度也未超过 6 5 ℃。 因此该发电机定子额定运行温度按室温 2 5 ℃ ，运行温度不 大于 9 O ℃时考虑。经查 ，b 8 0 0 、1 4 5 0 r ／ mi n 、全压的轴流 风机配用的最大电机容量为 5 ． 5 k w ，而原配置 的电机容量 为 1 1 k W，这说 明是有 改造余 地的。又由于该发 电机在室 温 2 5 ℃ ，运行温度不大于 7 0 ℃时所需冷却风量为1 8 O 0 0 ～ 1 9 8 0 0 m。 ／ h ，考虑到管道风阻和裕量，按 1 ． 2倍选择 ，即 风量值选择为 2 1 6 0 0 2 3 7 6 0 m 3 ／ h 。综上所述 ，将原轴流 电机更换为 D 8 O O 、1 4 5 0 r ／ m i n 、风量为 2 8 O 0 0 m。 ／ h 、风压 为 3 2 0 P a 、电机功 率为 5 ． 5 k W 、电机重 为 4 5 k g 、全压 的 D Z - 8 管道式轴流风机 。 原轴流风机启停是发电机组开机并 网后 由运行人员手 动操作实现的。为提高 自动化 水平 ，通过在机 组 P L C程 序 中增加定子运行温度控制启停轴流风机程序 ，实现温度 控制轴流风机 的 自 动启停。P L C梯形程序如图 1 所示 ，轴 流风机控制原理如图 2 所示 。 断路器 灭磁开关 转速大于 电压小于 【兮 合 位 9 5 ％ 9 5 ％ 发电 态 H卜 _ ]卜 _ 卜 _ 一 定子浸度 轴流风机 l发电态 大于 5 5 ℃ 投八 卜 卜 _ 1 一S 图1 轴流风机自动启停梯形图 L 3 AC3 8 0 V L 2 L1 机 图2 轴流风机控制原理图 实际运行结果表明，改造后的风机风量满 足要求 ；发 电机定 子运 行温度 在 同等运行 条件 下 比改造前 下降 2 ～ 3 C；运行噪音明显降低 ；在室温低于 7 ℃时，发电机定子 运行温度低于 5 5 C，轴流风机不 自 启动 。 2技术供水 系统改造 诸葛洞 电站属于低水头引水式 电站，设计水头为 9 m，最低水头为 6 ． 2 m，技术供水系统采用水泵加水池方 式 。但 在实际运行中采用间歇工作制的水泵运行方式基本 为连续工作制 ，这不但加大了厂用 电量的消耗 ，还造成 了 电机运行温度高、水泵磨损大、维护工作频 繁等问题 。因 此 ，在电站 的供水系统中加装 了管道泵和变频节 电控制系 统 。改造后 的技术供水简 图如图 3 所示 ，虚线框 内为改造 后加装的设备 。 收稿 日期 2 0 1 3 0 7 0 3 作者简介 李泽皑 1 9 7 6 一 ， 从事水电站 自动化 系统的运行技术管理工作。 5 0 l W W W ． c h i n a e t ． n e t l 电 工技术 图 3 改造后的技术供水原理图 PI C技 术 电站原设计采用 的是由两 台离心式水泵和距厂房 2 5 m 高的储水池组成的水池式供水 系统 。其中 ，1 供水 泵布 置在厂房集水井层 ，型号 为 I S 6 5 - 4 0 2 0 0 ，配置 7 ． 5 k W 电 机 ，为无底阀式 ，直接从 厂房水机层 的1 、 2 压力管道 上取水 ，经滤水器过滤后 由 0 8 0 管路 向水池抽水 ； 2泵 布置在大坝进水 口处 ，型号为 I S 8 0 - 4 0 - 2 0 0 ，配置 1 1 k W 电 机 ，为底 阀式直接取水 ，其 出水 口为 0 6 5管 ，变径 为 0 8 0 后经另一 管路 向水池 抽水 ；水 池经 0 1 o 0管路 向厂房 供 水 ，两 台泵均为手动控制 。投运 以来 ，由于 2 供水 泵常 因底 阀受异物 卡阻 、密封坏而空抽 ，造成维 护工作频 繁 ， 因此 2 供水泵平时仅作为坝袋充 、排水泵灌引水用 ，1 供水泵承担全站 的技 术供水任务 。一 台机组运 行时 ， 1 供水泵一天仅能停运 3 ～4 h ；两台机组运行时，1 供水 泵一直运行 。这样 的连续 运行 ，造 成 电机 的运 行温 度过 高 、泵 的磨损 大、轴承和密封损坏频繁 。 1 供水泵 的两 个取水 口位于厂房水机层 1 、2压力管道上 ，正常蓄水 位高程为 5 1 5 ． 5 5 1 7 m时 ，冷却水可接近发电机层 ，但无 压力 ，达不到 1 ． 5 ～2 ． O k g ／ c m 的冷却水压 要求 。查 阅相 关资料 可 知 ，两 台 机 组满 负 荷 发 电技 术 供 水 总 水量 为 3 O m 3 ／ h 。因此 ，在集水井层 1 供水泵旁加装一 台立式管 道泵 ，该泵与 1 供水 泵共用取 水管路 ，不经水池直供机 组冷却水 。考虑到管路水损耗和裕量 ，采用 口径为 0 6 5、 流量为 4 3 ． 3 m。 ／ h、扬 程为 2 4 m 、电机功率为 5 ． 5 k W 、全 不锈钢免维护 的 A L G 6 5 1 6 0 I B型 立式离心 泵 ，并 配置末 端恒压变频控制 系统 AB B的 AC S 5 1 0 0 1型变频器 即可 满足双机或单机运行的水量需求 ；同时，在位 于水轮机层 原供水主管上安装截止阀，以实现两套系统切换，互为备 用 ，从而提高了供水系统 的工作 可靠性 。为 了提高 自动化 水平，通过在机组 P L C程序中增加开机无冷却水 自启动 管道泵程序 ，实现了管道泵 自动启停 。P L C梯 形程序 如图 4 所示 ，控制原理如 图 5 所示 。 图 4冷却 水控制梯形图 该 系统 投运后 ，将 泵 出 口处远程 压力 表 的压 力设 置 为 2 ． 1 k g ／ c m ，保证 了机组 冷却 水 压力 为 1 ． 8 k g ／ c m。 ， 主轴密封供水 压力 为 1 ． 6 k g ／ c m ，达到 机组 运行 要求 。 实 际运行结果 表 明，单 机运行 时管道泵 电机 实 际消耗 功 率为 3 k W，两机运行时管道泵 电机实际消耗功率为 3 ． 2 k W ；发 电机组 各轴瓦温 度在 同等运 行条 件下 与改造前 相 同 。 L 3 AC3 8 0V L2 LI S A KM KH 图5 冷却水控制原理图 3节能增效及经济性分析 3 ． 1年平均直接节约能耗及经济性 轴流风机功率由 2 1 1 k W 降至 2 5 ． 5 k W ，按照接管 后机组平 均年 利 用小 时数 为 3 4 5 0 h估 算 ，年 节 约 电量 1 1 k W 一5 ． 5 k W 2 3 4 5 0 h 3 7 9 5 0 k W h 。技术供水 系统由1 供水泵 7 ． 5 k W 供水改为管道泵 3 ． 2 k w 供水， 按机组平均年利用小 时数为 3 4 5 o h 估算 ，年节约 电量消耗 7 ． 5 k W一3 ． 2 k W 3 4 5 0 h1 4 8 3 5 k W h 。由此可知 ， 改造后年平均直接节约能耗约为 5 2 7 8 5 k W h 。 因定子温度控制轴流风机不启动的发电运行 时间无详 细统计 ，故 改 造后 一 年 来 实 际直 接 节约 能 耗为 6 2 6 9 8 k W h ，按 0 ． 4 0 元／ k w h 的平均电价折算 ，则每年可 增加 2 5 0 7 9 ． 2 0元的经济收入 。 3 ． 2年间接增效 、节约维修费及经济性 因诸葛洞 电站为径流式 电站 ，当轴 流风机 与技术供水 系统发生突发性故障时 ，发 电机组无法正常发 电会导致水 能资源通过橡胶坝顶 自然溢流，减少发电量。 而改造后除计划性维护外 ，轴流风机与技术供水 系统 未 发 生 突 发 性 故 障 ， 每 年 间 接 增 加 发 电 量 合 计 9 8 0 0 0 k W h 。按 0 ． 4 0 元／ k W h 的平均电价折算 ，每 年可增加 3 9 2 0 0 元 的经济收 入 ，每年最低 可节约维 修费 3 3 9 0 元 。 4 结束 语 实际运行 结果 表明 ，诸葛 洞 电站冷却 系统 技术 改造 后 ，增加的机组 P L C控制程 序满足 运行要求 ；运行 噪音 明显降低 ；发电机组定子与各轴瓦温度在 同等运行条件下 比改造前 降低 ；轴流风机与技术供水改造完全满足运行要 求 。 参考文献 [ 1 ] 楼永仁， 黄声化， 李值鑫． 水电站 自动4 E M] ． 北京 水利水电 出版 社 ， 2 0 0 3 [ 2 - 1 少光． 机电一体化设备的组装与调i K E M] ． 南宁 广西教育 出版 社 ， 2 0 0 9 [ 3 ] 李正吾． 新电工手册[ M] ． 合肥 安徽科学技术出版社， 2 0 0 0 [ 4 ] 王鲁杨， 王禾兴． 工业用电设备[ M] ． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 6 [ 5 ] 陈家斌． 电力生产安全技术及管理[ M] ． 北京 中国水利电力 出版 社 ， 2 0 0 3 电工技术 l 2 0 1 3l 8期 I5 1