淺談小型水電站水輪發(fā)電機(jī)增效擴(kuò)容改造設(shè)計(jì)

孫浩

摘 要：受使用年限的制約，我國很多小型水電站水輪發(fā)電機(jī)都出現(xiàn)了老化等問題，需要進(jìn)行增效擴(kuò)容改造。文章主要針對水輪發(fā)電機(jī)增效擴(kuò)容改造的合理選取、電氣主接線及短路電流的計(jì)算復(fù)核、電氣設(shè)備的選擇與布置、接地系統(tǒng)的檢查與修復(fù)等方面問題進(jìn)行了分析，希望通過文章的分析，對相關(guān)工作具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)；增效擴(kuò)容；改造設(shè)計(jì)

1 水輪發(fā)電機(jī)增效擴(kuò)容改造的合理選取

1.1 定子繞組轉(zhuǎn)子繞組的改造

在進(jìn)行發(fā)電機(jī)增效擴(kuò)容改造時，應(yīng)考慮這樣的原則，那就是增容后機(jī)組轉(zhuǎn)速保持不變，發(fā)電機(jī)極對數(shù)也是不變的。而要想實(shí)現(xiàn)增容，就要改變原定子繞組，增大繞組線規(guī)，降低繞組電阻，使繞組電阻發(fā)熱總量低于原繞組。絕緣浸漆工藝也是需要改變的部分，需要從B級提高到F級，采用新型的耐壓高、介質(zhì)損耗低的絕緣材料，降低絕緣厚度，這樣做是為了最大限度的增加線規(guī)。

當(dāng)定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組在F級后，還要控制機(jī)組溫度在合理的區(qū)間內(nèi)，各項(xiàng)指標(biāo)正常，最大限度的保證機(jī)組的工作效率。就一般情況而言，設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組時都會有一定的裕量，在機(jī)組增容10%～15%的區(qū)間里，定轉(zhuǎn)子繞組變動的可能性是不大的。但當(dāng)機(jī)組增容在一個比較大的幅度時，就應(yīng)根據(jù)實(shí)際的增容情況判斷需要的匝數(shù)及繞組截面積，再有針對性的改換定子和轉(zhuǎn)子繞組。增容幅度比較大時，由于機(jī)墩受限或其他原因無法和增容后的水輪機(jī)出力相一致時，更換定轉(zhuǎn)子繞組的方法同樣適用。

1.2 通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的改造

發(fā)電機(jī)的溫度和擴(kuò)容也會受到通風(fēng)冷卻系統(tǒng)優(yōu)良與否的影響。受到科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的制約，我國早期的發(fā)電機(jī)冷卻器和風(fēng)機(jī)的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)問題還是比較突出的，散熱效果不佳、工作效率低、噪音大都是其中的方面，正因?yàn)槿绱司捅容^容易出現(xiàn)結(jié)垢、銹蝕、堵塞等情況，冷卻會受到阻礙，機(jī)組溫度持續(xù)增加。所以進(jìn)行更換是比較好的方法。

自然冷卻或通風(fēng)管冷卻的方法在一些小型機(jī)組中使用比較多，發(fā)電機(jī)直接與室外相通，環(huán)境溫度將直接作用于發(fā)電機(jī)的溫度。這一點(diǎn)在南方地區(qū)表現(xiàn)得比較突出，不工作的機(jī)組，發(fā)電機(jī)艙中可能會混入潮濕空氣或蚊蟲會，很可能造成發(fā)電機(jī)的絕緣，所以對于那些絕緣性能差的機(jī)組，開啟前要先加熱驅(qū)潮。電站應(yīng)采取冷卻器冷卻方式，實(shí)踐證明冷卻效果比較好。

1.3 定子鐵心的改造

大量事實(shí)證明，故障點(diǎn)在定子鐵心處是很少的，決定其是不是要更換首先進(jìn)行必要的檢測和判斷。那些工作年限久遠(yuǎn)、發(fā)生過重大事故的機(jī)組應(yīng)該及時的更換。如果沒必要進(jìn)行更換的定子鐵心機(jī)組，要以擴(kuò)容條件為基礎(chǔ)，輔助定子繞組的改造，積極優(yōu)化鐵心設(shè)計(jì)，改善冷卻條件，重新迭片，還要將那些不合格的格硅鋼片進(jìn)行及時更換。發(fā)電機(jī)電磁損耗比較重要的方面就是鐵心損耗。熱軋硅鋼片或有取向冷軋硅鋼片是早期的機(jī)組定子鐵心多數(shù)會使用的材質(zhì)，磁滯損耗較大，長時間使用會造成鐵心松動，絕緣老化，渦流損失增加，性能優(yōu)越的高導(dǎo)磁、低損耗的無取向冷軋硅鋼片是理想的材料。

1.4 推力軸承的改造

工作中的水輪發(fā)電機(jī)，全部的軸向負(fù)荷是由推力軸承來承擔(dān)的。水輪發(fā)電機(jī)能夠持久穩(wěn)定的運(yùn)行很大程度上要受到推力軸承工作性能好壞的影響。機(jī)組最終容量確定以后，以新的資料為基礎(chǔ)，復(fù)核推力軸承的推力負(fù)荷，這樣做是為了檢驗(yàn)推力負(fù)荷是否達(dá)到了擴(kuò)容的標(biāo)準(zhǔn)，然后以實(shí)際情況為準(zhǔn)最終判斷是否要改造推力軸承。巴氏合金瓦是舊有的推力軸承多會采用的材料，它的損耗較大，還有會有發(fā)生燒瓦等諸多缺點(diǎn)。就現(xiàn)階段的發(fā)展而言，彈性金屬塑料瓦技術(shù)已然呈現(xiàn)出良性的發(fā)展趨勢，成本上還有一定的優(yōu)越性，使用率比較高，巴氏合金推力瓦很可能會退出歷史舞臺。不同于巴氏合金瓦，彈性金屬塑料瓦的摩擦系數(shù)小、低溫狀態(tài)下也能直接啟動，優(yōu)勢比較明顯，可以在應(yīng)用的范圍內(nèi)。

2 電氣主接線及短路電流的計(jì)算復(fù)核

2.1 電氣主接線

一般情況下工作時間長的電站都是需要改造的對象，但它們的基礎(chǔ)設(shè)施比較完備，送出工程及與系統(tǒng)連接地點(diǎn)都是比較明確的，一般是不可改變的，所以已經(jīng)沒有必要對接入系統(tǒng)有過多的涉及，如果主接線設(shè)置合理，就可以保留，以規(guī)范和短路電流計(jì)算成果為準(zhǔn)，進(jìn)行設(shè)備機(jī)組容量的復(fù)核和選擇即可。有的電站經(jīng)過多次修改，原有的設(shè)計(jì)的主接線形式已不復(fù)存在，出現(xiàn)了不合理的接線方式，影響安全運(yùn)行的隱患比較大，應(yīng)優(yōu)化主接線方案，還要復(fù)核送出線路的輸送容量和電壓降、電站內(nèi)部電流互感器變比、電氣設(shè)備動熱穩(wěn)定和開斷電流是不是能夠符合增效擴(kuò)容要求。要保證送出電壓等級和接入系統(tǒng)點(diǎn)不改變，如若不然會增加資金的投入力度，造成浪費(fèi)。一旦主接線的接線方式或運(yùn)行方式改變，往往會牽涉出電力系統(tǒng)的計(jì)量、保護(hù)方式和保護(hù)整定值等方面的內(nèi)容，要保持與電力系統(tǒng)的密切聯(lián)系。

2.2 短路電流

舊有的電力系統(tǒng)容量普遍是比較低的，改造中進(jìn)行了擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)的變化也會產(chǎn)生，在改造的促進(jìn)下，電氣參數(shù)變化也是比較正常的。所以應(yīng)以現(xiàn)階段或未來一段時間內(nèi)的電力系統(tǒng)的參數(shù)為準(zhǔn)，重新復(fù)核計(jì)算短路電流，進(jìn)而復(fù)核現(xiàn)有電氣設(shè)備的開斷能力，或重新選擇電氣設(shè)備的型式和參數(shù)。在進(jìn)行機(jī)組增效擴(kuò)容時，老化設(shè)備會隨之更換，之所以進(jìn)行這樣的操作，是因?yàn)槟軌虼蠓忍嵘娬具\(yùn)行的安全可靠性，為企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益提供一定的推動力量。

3 電氣設(shè)備的選擇與布置

安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、維護(hù)方便和經(jīng)濟(jì)合理是選擇電氣設(shè)備所應(yīng)該遵循的原則，最為關(guān)鍵的還要適合水電站。增效擴(kuò)容后的參數(shù)和短路電流計(jì)算結(jié)果是電氣設(shè)備在選擇上的依據(jù)，以便最大限度的保障更換后的電氣設(shè)備能夠符合發(fā)展的要求。另外設(shè)備基礎(chǔ)、支架、房間的尺寸和開關(guān)站的位置具有一定的固定性，因此在電氣設(shè)備型式的選擇上要將其全面的考慮，盡量利用已有基礎(chǔ)。

4 接地系統(tǒng)的檢查與修復(fù)

水電站接地系統(tǒng)在一定程度上能夠?qū)υO(shè)備和工作人員的安全產(chǎn)生影響。接地電阻值能夠保障電站安全運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)，不僅要最大限度的符合工頻短路電流的標(biāo)準(zhǔn)，滿足雷電沖擊電流也應(yīng)該特別給予關(guān)注，但是我們發(fā)現(xiàn)在實(shí)際的改造過程中，很多工作人員對這方面往往是一帶而過，沒有當(dāng)做重點(diǎn)內(nèi)容來對待。水電站建成和使用的年限比較久遠(yuǎn)，對廠房、尾水渠及大壩下方的地下或水下接地網(wǎng)進(jìn)行改造不是一件容易的事，甚至是不可完成的，這就需要采用改造戶外開關(guān)站的接地網(wǎng)和外引增加接地網(wǎng)面積等方式。這里需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是要以規(guī)范為基準(zhǔn)，復(fù)核接能和跨步電勢，以便能夠在標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)。接地網(wǎng)系統(tǒng)比較優(yōu)良的情況下，可不必進(jìn)行接地網(wǎng)的改造，只要對一些接觸不好的、裸露在外受到銹蝕的進(jìn)行修復(fù)就可以了。

5 結(jié)束語

通過文章的分析使我們能夠充分了解到小型水電站水輪發(fā)電機(jī)的增效擴(kuò)容改造是一個比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到眾多方面，需要考慮的問題也很多，應(yīng)引起重視，改造前要做好充分的準(zhǔn)備工作，使各項(xiàng)指標(biāo)都能達(dá)到要求，進(jìn)而在安全和經(jīng)濟(jì)上都能給予水電站水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行上可靠的保證。

參考文獻(xiàn)

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