楊敏

（隆昌縣石盤灘水電管理站四川內(nèi)江　641000）

水電站增效擴容電氣設(shè)計問題及措施

楊敏

（隆昌縣石盤灘水電管理站四川內(nèi)江641000）

伴隨我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們生活水平的不斷提升，增效減排也已成為目前水利開發(fā)的新趨勢。早期我國設(shè)計的水電站，水工建筑和輸電線路及機電設(shè)備等嚴重老化，存在較大安全隱患與缺陷。在對水電站進行增效擴容的改造時，電氣設(shè)備及水輪發(fā)電機等電氣的合理設(shè)計是增效擴容的關(guān)鍵，往往卻未得到充分重視。若發(fā)電機于電氣設(shè)備無法適應(yīng)于水輪機的增效擴容，將會對電站的安全可靠性及經(jīng)濟運行造成隱患，從而難以實現(xiàn)增效擴容的真正意義。本文主要探討了水電站增效擴容時電氣設(shè)計改造應(yīng)注重的關(guān)鍵性問題，并提出了相應(yīng)措施。

水電站；增效擴容；電氣設(shè)計；措施

引言

當前，我國水利事業(yè)的優(yōu)化轉(zhuǎn)變在不斷進行，且新型水利建設(shè)工程也促使地方性水利發(fā)展呈現(xiàn)多樣化趨勢，使早期單一運行系統(tǒng)功能狀態(tài)得到改善。同時，發(fā)電機組所承載負荷量也持續(xù)升高，這對水電系統(tǒng)提出更新要求。目前，我國水電站所配套的輔機設(shè)備與高低壓配電設(shè)施、直流及控制保護等一、二次電氣設(shè)備技術(shù)較為落后，且設(shè)備老化陳舊，故障多、能耗高，多數(shù)設(shè)備已屬我國明令淘汰產(chǎn)品，備件與備品已無處購置，設(shè)備整體自動化度較低。因此，發(fā)電機組的增效擴容是改擴建水電站不可或缺的措施，發(fā)電機組的運行優(yōu)化利于一體化去調(diào)控水電資源。所以，水電站根據(jù)社會發(fā)展的需要，以建立水電站增容的科學可行方案。

1　開展水電站增效擴容的重大意義

對于我站而言，其已經(jīng)建成運行20多年，在電站內(nèi)原配置機組設(shè)施、保護體系、自動化的控制系統(tǒng)以及高壓配變等設(shè)備和引水發(fā)電體系都將出現(xiàn)程度不同的老化狀況，已難以滿足電網(wǎng)和社會經(jīng)濟發(fā)展的需求，存有諸多安全隱患問題，以致高壓設(shè)備頻頻發(fā)生故障，降低運行效率，且維護運行成本提高，不能滿足電站穩(wěn)定運行與安全生產(chǎn)的要求，所以必須全面進行改造更新。此外，由實際運行狀況也能表明水電站的機組設(shè)計與選型不適宜，已對水電站發(fā)電效益造成影響，水電站發(fā)、變電設(shè)備老化陳舊已無法繼續(xù)運行下去。所以，鑒于此，實施增效擴容便顯得非常必要，所以要盡快制訂水電站增效擴容的改造方案且盡早開展實施。對電站全面實施增效擴容，不但能鞏固當前水力的發(fā)電性能，還能使電站的裝機容量和發(fā)電量得到擴大，這對節(jié)能減排及能源可再生發(fā)展的實現(xiàn)意義重大。

2　水電站增效擴容電氣設(shè)計中所應(yīng)注重的問題分析

2.1技術(shù)方面

水輪機是水電站動能與水能的轉(zhuǎn)換平臺，且能量轉(zhuǎn)換的技術(shù)水平?jīng)Q定了總體的系統(tǒng)發(fā)電能力。我國水電站多數(shù)建于20世紀90年代之前，并隨著時間推移，根據(jù)當時建設(shè)水電的技術(shù)水平與特殊歷史背景，對水輪機的技術(shù)相對比較落后，且運行指標難以滿足需要，效率低，發(fā)電能力比較滯后?，F(xiàn)例舉小中型水電站，根據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有小中型水電站約45000多座，總發(fā)電機組約81000多臺，但水電站的水輪機效率相對較低，嚴重影響了對水能資源有效利用，同時也使水電站經(jīng)濟效益受到影響。

2.2選型方面

因地區(qū)條件差異，使我國各地水電站的水輪機水平技術(shù)不一，且水輪機發(fā)電效率和所選機組型號存有較大關(guān)聯(lián)。上世界末，我國經(jīng)濟技術(shù)落后，對水電站發(fā)電機組的選型無法較好的和流域水能所蘊藏量相匹配，使水能未獲得充分性的利用，而伴隨當今經(jīng)濟的飛速發(fā)展，用電荷載量的日益增高，以及區(qū)域電網(wǎng)的互聯(lián)和電站裝機總?cè)萘康倪m時增大，然而都沒有依據(jù)理論對蘊藏量進行一次性到位的開發(fā)。例如我站，其在建設(shè)初期是由水輪泵改造的的裝機設(shè)計為3×200kW，然而1986年為了滿足對用電的需求，將裝機擴建容量進行改造成2×1670kW，1996年供電已擴增，經(jīng)技改后其裝機總?cè)萘孔兂?×1670kW。

2.3狀態(tài)方面

水輪機的工作狀態(tài)客觀反映了整個水電生產(chǎn)體系，發(fā)電機組的工作效率準則嚴格制約著電站產(chǎn)出能力。影響水輪機組狀態(tài)的決定因素十分復雜，和機組產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量、電站結(jié)構(gòu)的設(shè)計、配電運作環(huán)境以及使用年限較久等密切相關(guān)，其中最關(guān)鍵的為水輪機的效率。例如，發(fā)電機組長時期處在高負荷工作條件下，內(nèi)部配件的磨損狀況加重，從而降低了發(fā)電站里水輪機組的效率，造成能量被部分浪費，進而導致發(fā)電生產(chǎn)指標降低，并引起設(shè)備的高故障率。

2.4環(huán)境方面

大部分中小水電站建于較偏遠地區(qū)，如郊區(qū)、山區(qū)等適于水力發(fā)電的場所。由于自然條件在不斷改變，且水輪發(fā)電機組的投運時間相對較長，使得自然氣候條件與地質(zhì)條件給水輪機結(jié)構(gòu)造成了明顯破壞。據(jù)測試可得，使用水輪機超過一定期限，其轉(zhuǎn)子、定子、軸承和端蓋等結(jié)構(gòu)將遭受程度不同的磨損，從而機組能量轉(zhuǎn)換工作效率會有顯著變化，可使發(fā)電量幅度降低10～ 20%，進而增大了水電站的發(fā)電成本消耗。

3　水電站增效擴容電氣設(shè)計的相應(yīng)措施分析

3.1發(fā)電機整體更新設(shè)計

對水電站進行增效擴容，其最簡單方法便是維持機座和轉(zhuǎn)速的不變，并保持埋入部件原有狀態(tài)，然后根據(jù)全新設(shè)計進行整體更新。因發(fā)電機存在較多部件，影響出力與效率的因素也較多，例如發(fā)電機上定子的鐵心、繞組和轉(zhuǎn)子繞組，以及推動軸承、通風冷卻設(shè)施等。對于發(fā)電機組是否要整體更換需進行綜合論證與分析。所以，需深入現(xiàn)場對發(fā)電機運行情況進行詳細了解，并了解電站投產(chǎn)時參數(shù)的設(shè)計、技術(shù)水平以及歷年來的嚴重事故、維修與改造情況等，和運行人員共同論證分析，并按照增效擴容需要，利用全面檢測以對水輪機組是要局部改造還是要整機更換進行確定。為確保水電站安全運行，需對發(fā)電機進行整體更換時，要按目前先進技術(shù)來展開制造與設(shè)計。

3.2定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組設(shè)計改造

在對發(fā)電機進行增效擴容時，需要保持機組增容后轉(zhuǎn)速不變，所以也要維持發(fā)電機的極對數(shù)不變。要達到增容目的，還必須對原來定子繞組實施改變，對繞組線規(guī)進行增大，減小繞組的電阻，以使得繞組電阻的發(fā)熱總量低于原繞組。并且絕緣工藝也需改變，絕緣等級由B級提高至F級，選用新型耐高壓、介質(zhì)耗損低的絕緣性材料，使絕緣厚度減小，從而為線規(guī)增大預留空間，并且機組溫升控制于B級絕緣所允許極限溫度之內(nèi)，電氣各項安全指標均要符合設(shè)計需要，以確保機組運行安全可靠。因發(fā)電機轉(zhuǎn)、定子繞組制造設(shè)計時均有一定裕量預留，通常機組在增容10～15%范圍內(nèi)時，可不變動轉(zhuǎn)、定子繞組。若機組有較大增容幅度時，須按照擴容幅度大小，經(jīng)過計算以對所需匝數(shù)和繞組的截面積進行確定，以更換轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組。

3.3定子鐵心設(shè)計改造

定子鐵心發(fā)生故障幾率較低，其更換與否需進行分析判斷和檢測。對于運行年限已達報廢期限、存在嚴重缺陷或可能引起重大事故以及會對機組運行安全可靠產(chǎn)生直接影響的機組需進行更換，且建議選用新材料所制定子鐵心。通過論證與檢驗定子鐵心無需更換的機組，要按照擴容需要，并配合上定子繞組進行改造，對鐵心結(jié)構(gòu)設(shè)計進行改進，優(yōu)化冷卻條件并重新進行迭片，換掉不合格的硅鋼片。在發(fā)電機的電磁損耗中，鐵心損耗占很大部分。較早投產(chǎn)的機組其定子鐵心多數(shù)選用熱軋式硅鋼片或有取向的冷軋式硅鋼片，存在較大的磁滯損耗，加上鐵心運行多年后松動，其絕緣性老化，增大了渦流損失，更換時要選用性能更優(yōu)越的低損耗、高導磁無取向的冷軋式硅鋼片，以使發(fā)電機的效率得到進一步提升。

3.4電氣的主接線設(shè)計改造

對水電站開展增效擴容設(shè)計改造已經(jīng)實施多年，且送出工程和與系統(tǒng)相連地點均已確定，其變動可能性較小，因此，只要當前主接線合理，在進行增效擴容時可維持原有的主接線方案，僅需按照現(xiàn)行規(guī)范和電流短路計算結(jié)果，復核機組容量和設(shè)備選擇即可。而對于個別電站因修改多次，其原設(shè)計主接線方式改變，減少或增加了部分設(shè)施，布置改變，形成當前不合理接線形式，引起重復容量較大及繼電保護較復雜、耗損高、配置設(shè)備不合理等，亦或當前接線方式與電力系統(tǒng)需求不符，對該情況要在設(shè)計時對主接線的方案實施優(yōu)化與比選，并對送出線路輸送容量與電壓降能否符合增效擴容要求進行復核，以最終確定出電氣主接線的設(shè)計改造方案。

4　結(jié)論

通過對水能資源的運用來發(fā)電是當前生產(chǎn)電力的重要方式，考慮到市場電能的供需關(guān)系轉(zhuǎn)變，開展水電站的增效擴容改造，可使水電機組工作效率得以全面提升，從而向社會輸送出更多電能。在水電站增容設(shè)計與實施過程之中，必須對電氣設(shè)備設(shè)計改造進行論證，這不僅僅和水電站增效擴容之后綜合效益密切相關(guān)，同時也關(guān)系到其今后運行時的設(shè)備與人身安全，因此，必須做好水電站增效擴容的電氣設(shè)計改造，以使生產(chǎn)成本降低，提高經(jīng)濟效益，從而不斷推動水電事業(yè)的發(fā)展。

[1]林玉珍.橫縣北灘水庫電站增效擴容改造工程電氣設(shè)計總結(jié)[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2013（06）.

[2]穆建軍.小型水電站增效擴容電氣設(shè)計問題探討[J].中國水能及電氣化，2012（09）.

[3]楊圭武.水電站增效擴容改造過程中常見問題分析[J].黑龍江水利科技，2014（08）.

TV734

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1673-0038（2015）03-0163-02

2015-1-6

楊敏（1979-），女，工程師，本科，從事電站管理工作。