一、电站改造缘由

红山水电站装有四台1600千瓦水轮发电机组，原水轮机型号为HL123—LJ—140，发电机型号为SF1600—28/2820，为天津发电设备总厂生产。机组主要附属设备为：调速器（由原天津水电控制设备厂套用前苏联模式生产的CT-40型），励磁系统（由天津工学院生产的相复励磁系统），其他一些厂家生产的高低压一次设备、二次控制设备。

机组于1968年投入运行，1974年并网发电。机组有效使用年限为25年，但自投入运行至2001年已33年，机组机械、电气设备严重老化，不仅给机组安全带来威胁，作为红山水库防汛的唯一备用电源，难以保证汛期的电力供应。并且电站建设年代久远，原水轮机效率不高，使正常运行出力小，经济效益低。

鉴于上述因素，2000年开始红山水库管理局多次召开会议对此进行专题研究，并邀请有关专业厂家及电力部门专家对电站机电设备的总体情况进行现场分析。技术评估后，委托国家水利部东北勘测设计研究院进行红山水电站技术改造设计。2001年7月编制完成了《红山水电站改造工程初步设计报告》，2001年10月红山水电站改造工程开始施工。

二、电站改造的基本原则和要求

（一）水轮机和发电机增容，在额定水头不变的情况下，通过提高水轮机转轮效率来提高效率，在水头不变，流量增大的条件下提高机组额定容量，增大有功功率。

（二）更换新型厂用低压配电盘、高压开关柜及电流互感器、电压互感器，优化电源主接线。

（三）继电保护和控制系统、直流系统和励磁系统更新改造。

（四）更换机组测温装置及相应的测温元件。

（五）改造完成后能提高电站的发电效益，保证电站成为水库防汛的可靠备用电源。

（六）所选用的电气设备能满足电站安全运行的要求，自动化程度与电站现阶段的运行管理水平相适应，与现阶段电网运行水平相适应，且不落后于电力系统发展的要求，满足电网调度、运行及安全的要求。

三、水电站改造完成的主要工程项目和内容

红山水电站改造工程按《红山水电站改造工程初步设计》进行施工改造，主要工程项目有：

（一）水轮机部分增容改造

1号机组水轮机转轮原型号为HL123转轮，更新为型号HL240C转轮，水头19.5米时，水机出力可达到2100千瓦，机组出力可达到2000千瓦。

2号、3号、4号机组水轮机转轮原型号为HL123转轮，更新为型号HLTF38(240)转轮，在设计水头19.0米时出力可达到2127千瓦。

（二）发电机部分增容改造

1～4号机组发电机更换了发电机定子、转子线圈，采用了薄绝缘、增大载流截面的方法。发电机定子线圈由原来的A级绝缘提高到F级绝缘，转子线圈由原来的铝线改为铜线，绝缘等级由原来的A级提高到B级。经改造后在机组功率因数0.8的情况下可增发到2000千瓦。

1号机组由天津市天发重型设备制造有限责任公司承担增容改造工程任务。2～4号机组由天津发电设备总厂承担增容改造工程任务。

（三）1～4号机组调速器更新改造

1～4号机组原调速器型号为CT—40调速器，更新为天津电器传动所生产的TDBYWT—30000步进电机PLC调速器。此调速器具有现地、远方操作方式，配置触摸屏，实现了人机对话，而且，任何故障下不影响机组的紧急停机，并使报警信号作用于计算机监控系统。

（四）电气一次部分更新改造

1.电气主接线优化

电站原接线为单母线接线，由于建设时期强调节约，接线简化，同时电站也仅提供灌溉泵站、水库工程区和附近居民生活用电负荷，未接入电网系统。后来电站与系统以一回出线相连接，且为直配线，原发电机电压母线为单线隔离开关分段，优化改造为取消隔离开关采用单母线接线方式，使进出线连接顺畅。(www.daowen.com)

2.主要电气设备更新改造

高压开关柜和低压配电盘柜全部进行了更新。高压开关柜采用上海中科集团生产的中置移开式金属封闭高压开关柜，型号为GZS1—12（035）。低压动力屏采用上海中科集团生产的GCK型低压动力盘柜。GZS1—12内配置真空断路器，并具有防止带负荷推拉断路器手车、误入带电隔室、带电时误合接地开关的连锁功能等安全防护措施，共更新了23块高压控制柜，9块低压动力盘柜。

（五）电气二次部分更新改造

原电气二次设备陈旧老化，维修困难。直流部分电源为铅酸电池，不便于维修和运行，励磁系统为自动调节相复励，不能保证机组安全高效运行。电站的监控设备以及继电保护装置需进行更新换代。更新改造的主切项目：

1.自动化控制部分。

采用集中式监控方式，设计按有人值班方式考虑，机组取消原常规水车自动屏，由中小型可编程控制器组屏代替。采用PLC设备对水轮机组进行控制。

电站计算机监控系统采用分层分布式结构，中控室设置两台上位机兼操作员工作站负责整个系统的数据处理。

东北勘测设计院承担了四台机组的PLC屏及全厂公用PLC屏生产、调试。每台机组均配置了一台PLC屏，实现了全厂计算机监控系统的互联，并实现了机组现地、远方操作的互补功能。

2.电站继电保护部分。

继电保护采用微机型保护，对发电机组、变压器、厂用变、线路和变压器线路组进行保护配置。1～4号机组保护装置采用阿城继电器股份有限公司生产的微机继电保护，共4屏，把原常规继电器的保护功能全部集中到微机模块中，保护功能齐全，具有准确、可靠、维护方便等诸多优点。

3.机组励磁系统更新改造。

原1～4号机组励磁系统为天津工学院生产的相复励磁装置系统，更换为天津电气传动研究所生产的全数字微机晶闸管励磁装置系统，此励磁系统具备了恒流、恒压、恒功率因数运行方式，具有空载过压、欠压、过励、高压断相、低频等保护功能，彻底解决了以前无功发不上去的老大难问题，此励磁系统配置了四台环氧浇注干式励磁变压器。

4.二次接线部分。

电气测量表按SDJ9-87《电测量仪表装置设计技术规程》选用广角表和部分数字显示仪表。

直流电源采用直流220V电压等级，设置一组免维护阀控制。电池组容量为280AH，充电设备为高频开关电源装置。直流系统是全厂控制中枢的保障，原直流电池是126块铅酸蓄电池，维护量大，供电不稳定，且电池使用寿命短。此次采用了上海中科集团生产的PZP—280/220直流屏及电池屏和免维护铅酸蓄电池108块，整个系统计六面屏（其中一面逆变电源屏），采用微机监测、保护、充电。其占地少，维护量少，供电稳定可靠。

交流操作电源正常时由厂用电0.4KV系统供电，当厂电出故障时由直流220V系统逆变后供电。更新了厂用变压器，增加了一台容量为3.5KVA的逆变装置。

原机组并网采用手动准同期和自同期两种方式，更新为机组以自动准同期为主，手动准同期为备用的并网方式，其他同期点均采用手动准同期方式。

5.设备更新后原有的控制电缆已不能继续使用按要求进行了全部更新。机组测温系统二次部分主要是配合机组的增容改造，对水轮机轴瓦和发电机定子等设备的测温埋设铂电阻。在机旁设置数字式温度信号仪及测温巡检装置各一套。1号机测温系统由天津天发重型水电设备制造有限公司生产。2、3、4号机由上海中科集团生产，其特点是将温控系统与机组制动系统集中在一个柜子上，既紧凑又实用。温度显示部分全部采用智能数码显示控制器，数字一目了然，显示准确。

四、电站改造工程投资和使用效果

2003年7月，红山水电站改造工程按设计内容全部完成。电站改造后实现了通过计算机监控系统显示屏幕对全厂主要设备，包括水轮发电机组、主变压器、厂用电及全厂公用系统设备的运行状态及机组运行参数进行实时监视和控制，提高了工作效率，减轻了劳动强度和日常维护工作量，使电站的监测控制水平和运行管理水平上了一个新的台阶。

电站改造后至2010年，由于水库遭遇连续多年的枯水年，水库蓄水严重不足，库水位较低，发电水头不足，机组在偏离最优工况区较远的区域运行，机组设计能力还没有得到实践的检验，最高效率优势还未得到实现。

红山水电站改造工程总投资为827万元，资金来源全部由红山水库管理局自筹。施工任务除机组增容改造外全部由本电站人员施工完成。