水電站電氣一次改造設(shè)計(jì)探析

韋添耀

摘要：水電站的電氣設(shè)備在日常的運(yùn)行中，將遇到一系列的問題。因此對(duì)水電站電氣進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，能夠有效的保障水電站的長(zhǎng)期發(fā)展，筆者結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水電站電氣一次改造設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的探析，望能為水電站的發(fā)展提供微薄之力。

關(guān)鍵詞：水電站；電氣；一次改造；設(shè)計(jì)

水電站的發(fā)現(xiàn)原理是將水能通過設(shè)備轉(zhuǎn)換為電能。使用水庫進(jìn)行擋水及泄水等處理，當(dāng)水庫內(nèi)的水流進(jìn)水電站的引水系統(tǒng)后，通過設(shè)備機(jī)組的不斷運(yùn)作，進(jìn)而將水能轉(zhuǎn)換為電能，最后通過電網(wǎng)系統(tǒng)為社會(huì)提供電能。本文著重分析水電站電氣一次改造的設(shè)計(jì)。

1.相關(guān)概念的介紹

1.1設(shè)備電氣的接線

對(duì)于電氣的接線通常分為一次接線與二次接線。水電站的主接線主要是指發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、電流互感器、隔離開關(guān)、母線及線路之間的正常連接，進(jìn)而保證了正常的電力生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換及運(yùn)輸?shù)裙ぷ?。一次接線是水電站的主體，它能夠直接的體現(xiàn)和影響水電站的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、技術(shù)水平等，以水電站電氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的效益為設(shè)計(jì)原則，并將動(dòng)能的性質(zhì)、周邊水文條件、建設(shè)規(guī)模、當(dāng)前地形的運(yùn)輸條件、接入電氣系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)及整體布線等進(jìn)行充分的考慮。

1.2接線的形式分類

電氣一次接線通常應(yīng)結(jié)合水電站及電力系統(tǒng)的實(shí)際情況來確定。通常10至110千伏的接線形式主要采取無匯母流線的接線方式及有匯母流線的接線方式，無匯母流線的接線方式主要包括多角度接線、變壓器單元接線及橋形接線等，而有匯母流線的接線方式主要包括單母線、中母線分段、雙母線及旁路開關(guān)等。

1.3主變壓器與發(fā)電機(jī)

主變壓器與發(fā)電機(jī)的科學(xué)連接主要有以下三種方式：?jiǎn)卧泳€、擴(kuò)大型單元接線以及聯(lián)合單元接線等。通常為了有效的控制發(fā)電機(jī)的連線出口安全，可將斷路器安裝在其出口接線上。為了防止發(fā)電機(jī)在強(qiáng)電環(huán)境中作業(yè)不被燒壞，應(yīng)將變壓器接地進(jìn)而發(fā)電機(jī)接地，將發(fā)電機(jī)與變壓器之間采取離相封閉母線等進(jìn)行有效聯(lián)接[1]。

2.水電站電氣改造的必要條件分析

隨著水電站的不斷運(yùn)營(yíng)，電氣設(shè)備及相關(guān)附屬器械都將逐漸陳舊老化，進(jìn)而不能完全保證發(fā)電的效益、安全發(fā)電以及供電的持續(xù)可靠性。對(duì)此應(yīng)進(jìn)行水電站電氣的改造，而進(jìn)行水電站電氣改造前，應(yīng)對(duì)改造的必要性進(jìn)行調(diào)查，存在以下幾個(gè)方面的，則應(yīng)及時(shí)進(jìn)行改造：一是，個(gè)別水電站采取的分期建設(shè)，投入的主變壓器的型號(hào)、性能及容量均存在較大的差異，無法滿足實(shí)際運(yùn)行要求；二是常用的油斷路器，隨著使用年限的增加，或日常運(yùn)行中出現(xiàn)短路等，以致設(shè)備老化、變形及漏油嚴(yán)重的情況嚴(yán)重，且與之配套使用的相關(guān)操作系統(tǒng)，往往是電磁式，進(jìn)而隨著使用年限的增加其可靠性降低，且配件落伍難以購買；三是母線在滿載流量或過載流量下進(jìn)行工作，其可靠性低，且穩(wěn)定性差；四是通常情況下使用單母線接線的方式進(jìn)行主變高及低壓側(cè)的接線，而斷路器沒有正確的在主變低壓進(jìn)行安裝，以致可靠性不強(qiáng)且不便操作，電能損耗較大；五是配電裝置型號(hào)混搭，存在嚴(yán)重的浪費(fèi)連接電纜的情況，是水電站的正常運(yùn)行及維修帶來了不便?？傊?，改善設(shè)備老化的情況即是水電站電氣改造的主要目的，進(jìn)而有效的提高水電站的發(fā)電可靠性，增強(qiáng)水電站的整體效益，加強(qiáng)蓄水庫的調(diào)節(jié)性能等。

3.水電站電氣一次改造的基本原則分析

水電站點(diǎn)的電氣改造應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)規(guī)程進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，應(yīng)充分將水電站的情況進(jìn)行考慮，進(jìn)而有效控制項(xiàng)目工期，并以最低的成本投入獲取最好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1合理可行性原則

進(jìn)行水電站的電氣改造時(shí)，往往受到一些不可變更或不宜變更的條件制約，進(jìn)行電氣改造應(yīng)充分考慮水電站的具體情況，進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，另外設(shè)計(jì)方案應(yīng)保證符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2科學(xué)技術(shù)性原則

在合理可行的基礎(chǔ)上，采取新型技術(shù)、機(jī)械設(shè)備及新型材料等對(duì)水電站的不足進(jìn)行有效的彌補(bǔ)。

3.3經(jīng)濟(jì)性原則

在進(jìn)行電氣改造時(shí)，對(duì)于一次性投資的電氣設(shè)備如斷路器及隔離開關(guān)等應(yīng)盡量節(jié)約配設(shè)，盡量做到主接線簡(jiǎn)要；主變壓器的選擇應(yīng)符合經(jīng)濟(jì)合理，不建議增大電能損失，切實(shí)保障電氣系統(tǒng)能夠安全可靠的運(yùn)行，使得年發(fā)電量得到顯著提升，提高經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于特殊情況可特殊處理[2]。

4.水電站電氣一次改造的內(nèi)容分析

科學(xué)的水電站電氣一次改造其設(shè)計(jì)包含以下幾個(gè)方面：一是討論與修改原先主接線方案；二是結(jié)合新設(shè)計(jì)的主接線方案進(jìn)行引接廠用電和調(diào)節(jié)接線方式；三是計(jì)算短路電流，小型水電站的技改往往不會(huì)發(fā)生太多的變動(dòng)；四是選擇合理的且符合原有電氣設(shè)備條件的新型替代品；五是進(jìn)行高壓開關(guān)柜的配置接線改造；六是設(shè)計(jì)屋內(nèi)外配電裝置布設(shè)圖進(jìn)行改造等。與一次改造相關(guān)的電氣二次改造、通信、照明、給排水等進(jìn)行改造，除了二次改造外，其他只需進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑臁?/p>

4.1改造電氣主接線的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)

對(duì)水電站進(jìn)行電氣改造后，能夠有效的提升安全運(yùn)行與靈活操作等，并可采用多種不同運(yùn)行方式，具有良好的投切速度，適用性強(qiáng)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2廠用電的科學(xué)設(shè)計(jì)

結(jié)合水電站的實(shí)際情況，科學(xué)的選擇適合的廠用變壓器，廠用變壓器應(yīng)具備良好的保護(hù)外殼、降溫風(fēng)扇及溫控設(shè)備，且應(yīng)滿足自起動(dòng)壓降與單臺(tái)容量滿足最大負(fù)荷。另外，應(yīng)具有自動(dòng)投入設(shè)備與備用電源，進(jìn)而使設(shè)備能夠正常運(yùn)行，有效提高運(yùn)行的安全性及可靠性。

4.3重要一次設(shè)備的選擇標(biāo)準(zhǔn)分析

4.3.1主變壓器的選擇

水電站中的多個(gè)主變壓器應(yīng)具有相同的容量、抗阻百分?jǐn)?shù)等，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)并列運(yùn)行。使用新型材料與新工藝、新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等制作主變壓器，能夠有效的將空載損耗及短路損耗進(jìn)行控制。若原有變壓器的容量滿足改造要求，則可使用相關(guān)技術(shù)，將其改造成為節(jié)能變壓器。

4.3.2高壓開關(guān)設(shè)備的更替

將沒有“五防”設(shè)施的固定式開關(guān)柜進(jìn)行淘汰，選用XGN-10等新型的開關(guān)柜，新型開關(guān)柜具有可靠性強(qiáng)、體積小等優(yōu)勢(shì)，然而造價(jià)較高。使用真空斷路器代替少油斷路器，選用新型隔離開關(guān)，并設(shè)置“五防”裝置。在方案的選擇上應(yīng)傾向于經(jīng)濟(jì)合理的方案，也降低了土建的工作量。

4.3.3低壓交流、直流電源設(shè)備的更換

對(duì)于廠用的配電盤、變出線斷路器及母線連接斷路器等，應(yīng)選擇合適的型號(hào)，并在主廠房及副廠房、電纜層、安裝間、尾水閘門室、高位油箱室及中控室等處準(zhǔn)確設(shè)置檢修配電線及動(dòng)力配電箱等，進(jìn)而有效的對(duì)相關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)行及動(dòng)力用電檢修進(jìn)行控制，另外采用合適的斷路器作為配電箱的進(jìn)線與分接之間的控制開關(guān)。

在以往的水電站中，主要使用鉛酸蓄電池組設(shè)計(jì)成直流電源，其弊端在于占地面積大。在進(jìn)行電氣改造時(shí)，則可選擇科學(xué)的免維修式蓄電池柜進(jìn)行代替，進(jìn)而滿足水電站對(duì)于事故照明以及合閘控制的相關(guān)要求。在普通水電站的電氣改造工作中，工作的重點(diǎn)一般是集中在設(shè)備改造方面以及主接線改造，總體來說要基本保證水電站的大致路線、電線結(jié)構(gòu)走向不發(fā)生變化，而且不應(yīng)當(dāng)對(duì)水電站內(nèi)的照明設(shè)施、電壓保護(hù)措施及接地設(shè)置做出太多的改動(dòng)。盡量多利用適合標(biāo)準(zhǔn)要求的氧化鋅性避雷裝置來替換以前使用的閥型避雷裝置，這是因?yàn)檠趸\型避雷裝置占用面積小、保護(hù)性能強(qiáng)、放電時(shí)間短還有使用周期更長(zhǎng)[3]。

5.結(jié)語

綜上所述，對(duì)水電站進(jìn)行技術(shù)及設(shè)施改造工作，具有較大的必要性和較好的經(jīng)濟(jì)效益。在改造工作中，要遵循上述多項(xiàng)原則，利用新型技術(shù)、新型設(shè)施對(duì)原有的不符合現(xiàn)有情況的老舊設(shè)施和技術(shù)進(jìn)行替換，這樣可以大幅提升水電站設(shè)備的運(yùn)作性能，同時(shí)減少了故障概率，盡可能地減少了安全隱患，大量減少了設(shè)備檢測(cè)維修資金，增加了使用壽命，為水電站的運(yùn)營(yíng)帶來了極大的好處。

參考文獻(xiàn)：

[1]李新萍.水電站電氣一次改造設(shè)計(jì)研究[J].科技與企業(yè)，2013，08：115+118.

[2]包曉暉，柯慕嵐.澎水水電站電氣一次改造設(shè)計(jì)與分析[J].水電站設(shè)計(jì)，2012，01：39-41.

[3]周逸萍.越南嘉興水電站電氣一次設(shè)計(jì)[A].廣西水力發(fā)電工程學(xué)會(huì).南方十三省（區(qū)、市）水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)聯(lián)絡(luò)會(huì)暨學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C]，2009：5.