4月25日，广州抽水蓄能电站（以下简称「广蓄电站」）最后一台机组--3号机组励磁系统、发电机变压器组保护（以下简称「发变组保护」）顺利通过国产化更新改造后的7天试运行检验，各项数据指标均优于前。这标志着南网储能检修试验分公司历时5年的广蓄电站全厂励磁系统、A厂发变组保护共计12套设备的国产化升级改造工作取得圆满收官。
因需而动，立志消除设备存在的「顽症痼疾」
广蓄电站是我国自行设计和施工的首座高水头、大容量抽水蓄能电站，有着国家抽水蓄能行业的「黄埔军校」的美誉。电站分A、B两厂安装8台30万千瓦抽水蓄能机组，1993年12月首台机组投入商业运行，迄今已有31年的运行历史。
▲ 广蓄电站水库航拍。
抽水蓄能电站中的励磁系统和发变组保护，都属抽水蓄能机组的核心控制系统，其中励磁系统承担着电压和无功功率的调节任务；发变组保护时刻监视机组运行状态，异常时采取相应的安全保护措施，保障发电机组主设备的安全。它们直接影响机组发电的可靠性和电网运行的稳定性。如果把整个抽水蓄能机组比喻成人体，励磁系统和发变组保护就相当于是神经系统和免疫系统，直接影响人体行走的稳定和人体运转的安全。
广蓄电站A厂励磁系统于1993年投运，以广蓄#3机励磁系统为例，至今已运行31年，采用法国阿尔斯通公司早期半导体集成电路励磁系统。其冗余设计不足，不满 N-1要求，且投运以来多次出现过通道切换不成功导致强励现象、励磁直流和交流开关故障、可控硅熔断器故障等设备异常。此外，随着设备逐年老化，备品备件已停产无法进行采购。B厂励磁系统于1999年投运，已运行20年，为德国西门子THRIPOL励磁系统。投运以来常出现触发设置错误、通信故障、面板死机等问题，其控制系统已明显呈现老化，故障率逐渐升高，设备可靠性逐年降低，超过了厂家的产品设计年限。
广蓄电站A厂4台发变组保护于2010年至2012年间改造完成投入运行，投运至今均不同程度存在保护装置老化、运行不可靠等问题。根据国家能源局防止电力生产事故的二十五项重点要求，所有220kV及以上录波器均应接入一次设备的模拟量与开关量，目前A厂发变组故障录波器未接入一次设备的开关量，需与发变组保护一同改造。发变组保护及录波未配置保信子站，按照南方电网现行规范要求，需在本次改造时增设。
鉴于存在的诸多不足，2019年10月南网储能修试分公司党委果断决定对广蓄电站全厂8台机组励磁系统、A厂发变组保护进行整体更换，成立以技术、技能专家为骨干的项目改造组开展国产化升级改造工作，将其更换为新型、成熟、运行稳定可靠的励磁和保护系统，提高机组稳定性和减少维护工作量。「本项目改造工程量大、持续周期长、拆接线复杂、风险高。以一台机组发变组保护改造为例，工作范围涉及中控室到A厂发变组保护、励磁、监控、直流、主变、GCB控制柜、厂用电、GIS柜等40余个盘柜，敷设和抽取电缆在400根以上，现场执行二次措施200余项，解接线在4000根以上，全部保护定值需重新整定校核」，改造项目总负责人、修试公司电气二次检修部副总经理陈强介绍。
面难而进，打破改造实践面临的堵点卡点
「抽水蓄能机组工况复杂，励磁系统与其它系统的交互信号各不相同，这为改造过程增大了难度。同时，此前还没有国产化抽蓄机组励磁系统改造经验可以借鉴。」回想起首台次励磁系统改造时的情景，项目负责人聂航、朱明岗说。为此，改造工作组多次与厂家、设计院就现有励磁系统存在的问题进行探讨研究，将问题前置，尽可能在设计前期发现并解决问题。在设备监造过程中，项目组针对控制逻辑、制造工艺、设备选型等问题，提出修改性意见249项。在出厂验收阶段，改造工作组大胆尝试、谨慎求证，梳理国内电厂励磁系统故障案例441个，相关论文、专利50余篇，为该励磁系统改造工作做足准备。
而在发变组保护方面，原阿海珐保护装置内部工况判别逻辑、开入开出信号与国产化保护装置存在巨大差异。4台机组发变组保护改造期间新敷设电缆多达1280根，敷设长度达到45000米、解除旧电缆线芯39200根、拆除旧电缆1140根。改造过程中必须确认保护装置的每一条跳闸回路和控制回路作用，决不能因为错接、漏接任何一个回路端子导致保护装置误动或拒动。
▲ 工作负责人文铭、朱明岗在进行广蓄A厂#3发变组保护装置采样数据记录工作。
发变组保护改造项目负责人文铭说：「在深刻认识、理解这个问题的基础上，改造项目组在每台机组发变组保护改造工作均连续在生产一线奋斗40天，累计4批次共计160余天扎根一线，足迹遍布厂房内各个角落，扎实有效地推进改造期间各项工作，突破了改造遇到的各种堵点、卡点。」
▲ 项目负责人朱明岗在现场给电气一次检修部新员工开展励磁系统培训。
「工作组成员每晚都会开展复盘会议，讨论总结当日工作遇到的困难并记录在册。改造工作结束后，项目组已经整理出200余条的经验总结，并固化形成标准作业文件。」成员闫文斌告诉记者，他记录了厚厚的一套励磁学习笔记，这些都为今后类似的改造工作留下了宝贵资料。
向新而行，推动设备产能的持续提升
据修试公司电气二次检修部总经理李德华介绍，5年设备更新改造的历程也是新质生产力锻造的过程，广蓄电站全厂励磁系统和A厂发变组保护国产化升级改造后，系统运行可靠，机组非计划停运时间减少，提高了机组可利用率，据初步测算，每年间接创效近千万元。
广蓄电站运行30多年来累计发电超726亿千瓦时，安全启停超过25万次，节约标煤消耗约892万吨，相应减少二氧化碳排放约3274万吨。其中，对港累计送电超过129亿千瓦时，相当于香港3个月的全社会用电量。
▲ 广蓄电站7号机组开展了全国首台「芯片级」自主可控励磁系统研发，2023年初成功投运并通过科技成果鉴定，核心技术达到国际领先水平。
据不完全统计，近年来，广蓄电站8台机组设备改造比例超50%，其中核心关键保护及控制系统设备改造率超80%，二次设备改造的国产化比例超90%。「我们不仅高质量完成了广蓄电站8台机组励磁系统和A厂4台机组发变组保护改造任务，还重点在7号机组开展了全国首台‘芯片级’自主可控励磁系统研发，2023年初成功投运并通过科技成果鉴定，核心技术达到国际领先水平，自改造以来，设备整体运行稳定可靠，继电保护正确动作率保持100%」，陈强说。
展望电站未来，改造项目团队成员们信心满满：「本次改造，设备从里到外，不论是外观还是性能都得到全面的提升，可以说是既有‘颜值’又有‘内涵’。广蓄电站重新焕发新时代活力，将更好的为粤港澳大湾区提供源源不断澎湃的绿色电能！」
文丨马宗鹏 黄昉 朱明岗
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责编丨李慧颖
