水电站电气一次改造设计研究

       【摘 要】在水电站电气设备的实际工作中，会涉及许多的问题，水电站电气更好的设计，能够促进水电站的长久发展，对水电站电气一次改造设计研究是是本文分析的主要内容。 

　　【关键词】水电站；电气；一次改造 

　　1.前言 

　　把水能转化为电能是水电站的主要任务。挡水、泄水是水库的主要功能，水库内的水进入水电站的引水系统内，经机组的不断运作，变水能为电能，在经电网为工业以及民用提供电力。 

　　2.相关概念论述 

　　2.1水电站电气接线 

　　电气接线可以分为一次接线和二次接线。发电厂主接线就是指发电机、断路器、变压器、隔离开关、电流互感器、母线、线路之间的相互连接，保证电的生产、变换、输送的顺利完成。一次接线是发电厂的主体，它直接影响发电厂的经济指标、技术指标，其设计原则是水电站电气系统所起到的作用，综合考虑动能的特性、水文气象、构建的规模、地质地形的运输条件、接入系统的设计与布线等因素。 

　　2.2接线形式 

　　电气一次接线要根据水电站以及电力系统的具体情况来确定。10～110kV的接线形式主要有无汇流母线的接线形式和有汇流母线的接线形式，前者包括多角形接线、变压器一线路单元接线、以及桥形接线等，后者包括单母线、中母线分段、增设旁路母线、双母线、以及旁路隔离开关等。 

　　2.3主变压器和发电机 

　　通常发电机和主变压器的合理连接方式有：单元接线（一台机组接一台主变压器）、扩大单元接线（两台或两台以上机组接一台变压器）、联合单元接线（两组单元接线联合）三种方式，为了保证发电机联接线出口的安全，安装断路器在发电机出口接线上。为了使得发电机不被强电烧坏，采用变压器接地进行发电机接地，中间通过离相封闭母线等连接发电机和变压器。 

　　3.水电站电气改造的条件 

　　当水电站使用了一段时间后，电气设备及其附属设备陈旧、老化，发电效益和安全发电以及供电的可靠性不能得到保证，因此需要进行水电站电气改造，进行水电站电气改造的必要性主要表现为以下几个方面： 

　　第一，有些发电站分期建成，投入的主变压器的型号、容量以及性能存在较大的差异，不能满足运行要求。 

　　第二，通常选用油断路器为断路器，随着使用年限的增长、短路使其出现老化、变形、较多漏油点等问题，与之配套的操作机构为电磁式，具有较差的可靠性、配件落伍、不易购买等缺点。 

　　第三，母线工作时为满载流量或者过载流量，可靠性较差，稳定性不足。 

　　第四，通常采用单母线接线的形式进行主变高、低压侧接线，断路器并没有在主变低压进线安装，可靠性较低且操作不灵活，具有较大的电能损耗。 

　　第五，配电装置型号混乱，浪费了连接电缆等，为运行和维护造成不便。 

　　总之，进行水电站电气改造的目的是改变设备老化的现状，使得水电站发电的可靠性得到提高，增加水电站的效益，提高水库的调控能力等。 

　　4.水电站电气一次改造的原则 

　　水电站电气改造的依据是相关的规程规范，充分考虑水电站的具体情况，达到以缩短工程工期，以最低的工程成本获得较高的经济效益的目的。 

　1000　4.1可行性原则 

　　对水电站进行电气改造通常受到不可变更或者不宜变更的制约，对其改造应该结合原水电站的具体情况，合理的进行设计，同时设计方案应该符合国家有关的标准规范。 

　　4.2科学性原则 

　　在可行性的基础上，运用新的技术、新设备、新材料弥补原水电站的不足之处。 

　　4.3经济性原则 

　　对于一次性投资的设备如断路器、隔离开关应该节省设置，力求主接线简单；主变型式的选择应该经济合理，电能损失不建议增加，保证系统安全运行的可靠性，使得年发电量增加，经济效益提高，同时特殊问题特殊处理。 

　　5.水电站电气一次改造的内容 

　　水电站电气一次改造部分的设计包括以下几个方面：论证和修改原有的主接线方案；厂用电引接、接线方式的调整依据是新设计的主接线方案；计算短路电流，通常小型水电站的技改基本不发生太大的变化；新型的替代产品的选择应该符合原有电气设备的具体情况；高压开关柜的配置接线图进行改造设计；改造设计屋内外配电装置布置图。与此同时，与之相应的电气二次、通信及相关的照明、暖通、土建、给排水、防雷接地等进行改造设计，但是除了电气二次外，不易做太多的改造。 

　　5.1电气主接线改造后的优越性 

　　进行水电站电气改造后，其运行的安全性和操作的灵活性得到大幅度提高，可以适用多种运行方式且投切速度快；适用性较强；经济性好等。 

　　5.2厂用电设计 

　　根据水电站的具体情况，合理的选择厂用变压器，通常选择的厂用变压器带有保护外壳、风扇以及温控装置，且可满足自起动压降和单台容量满足最大运行负荷。通常设有自动投入装置和备用电源，保证设备正常运行，提高运行的安全性和可靠性。 

　　5.3主要一次设备选择 

　　5.3.1选择主变压器 

　　多个主变压器的容量、抗阻百分数等应该接近或相同，可保证其并列使用，且应该选择新材料、新工艺以及新结构制造的主变压器，可以有效的降低空载损耗，短路损耗等。如果原有的变压器的容量满足要求，可以采用技术改造，将其改造为节能变压器。 

　　5.3.2更换高压开关设备 

　　淘汰没有“五防”设施的固定式开关柜，选择XGN-10等型号的新型开关柜，其特点为可靠性较高、体积较小、较新的设备但是其价格较高。用真空断路器替代少油断路器，选择新型的隔离开关，同时设置“五防”装置。方案的选择应该经济合理，同时使得土建的工作量降低。 

　　5.3.3更换低压交、直流电源设备 

　　厂用配电盘、母线联络断路器、厂用变出线断路器等的型号选择应该合理，同时设置检修配电箱和动力配电箱在主厂房和副厂房各层、电缆层、尾水闸门室、安装间、高位油箱室、中控室等部位，用于有关设备的运行和动力用电的检修，同时应该选择合适的断路器作为配电箱进线及分接开关。 

　　在原来的水电站中，通常选择铅酸蓄电池组为直流电源，其占地较大。在电气改造时，可选用合适的免维护蓄电池柜替代，满足水电站事故照明和控制合闸的要求。 

　　对于一般的水电站电气改造上，重点多为设备改造和主接线方案改造，应该维持电站的总布置方案、配电装置的通道、各级电压的进出线方向、结构与电缆走向基本不变。不宜过多的改造站内照明、过电压保护与接地等。多用技术参数符合运行工况氧化锌避雷器替代原有的阀型避雷器，氧化锌避雷器具有较小的体积、残压低、保护性能好、较短的放电时间以及较长的使用寿命等优点。 

　　6.小结 

　　采用新技术、新材料进行水电站技术改造，可以有效的提高设备的性能，大幅度的降低了设备的损耗，减小了设备发生故障的几率，改变和降低了电站发电运行的不安全因素，同时减少了检修费用，增长了设备的检修周期，提高了经济效益。