淺談水電站增效擴容電氣設(shè)計存在的問題與應(yīng)對策略

摘要：水電站在我們的生產(chǎn)生活中發(fā)揮了重要的作用，但是，由于我國部分水電站建設(shè)年代久，使用年限長，急需進行增效擴容改造。對此，筆者對于水電站增效擴容中，電氣設(shè)計部分的發(fā)電機更新設(shè)計和電氣主接線設(shè)計存在的問題進行深入分析，對普遍存在的問題進行簡述并給出一定的應(yīng)對策略，以期提升我國水電站增效擴容電氣設(shè)計的有效性。

關(guān)鍵詞：水電站；擴容增效；電氣設(shè)計；問題；對策

當(dāng)前，電力能源在人類的生活中占有著重要的地位，人們對電力的需求越來越大，導(dǎo)致用電方面的矛盾越來越大。為了保證電力的正常供應(yīng)，充分利用水能資源，對我國各類早期建設(shè)的中、小水電站進行擴容改造工作，提高水能資源利用，提升水力發(fā)電量，顯得意義重大。仔細分析我國水力發(fā)電歷史，我國的河流眾多，水力資源豐富，有著各種類型的水力發(fā)電站，這些發(fā)電站由于建設(shè)時間和建設(shè)規(guī)模的不一致，機電設(shè)備的設(shè)計、選型都受當(dāng)時各種因素的限制，在增效擴容改造過程中，必然存在著各種各樣的不同問題。由于多方面因素的作用，早期建成的一批水電站，投運時間長、設(shè)備老化、能效不斷衰減，對這些水電站進行擴容增效，雖然需要投入較大的物力、人力資源，但改造后能顯著提升水力資源的利用，促進河流生態(tài)環(huán)境的改善，是一項利國利民的事業(yè)。結(jié)合當(dāng)前我國技術(shù)水平的發(fā)展程度，以及進行水電站擴容增效的資金投入等情況，筆者在深入調(diào)研和仔細分析的基礎(chǔ)上，研究水電站的增效擴容電氣設(shè)計，對其中存在的問題進行分析和研究，提出一定的解決策略，從而有效的實現(xiàn)水力發(fā)電設(shè)施的增效目標(biāo)，也使水電能源安全、節(jié)能和環(huán)保等優(yōu)勢得到進一步體現(xiàn)。

一、發(fā)電機更新設(shè)計存在的問題及解決措施

對于水力發(fā)電，進行發(fā)電機更新是擴容增效設(shè)計中首先就應(yīng)解決和考慮的問題。對于水輪發(fā)電機，進行增效擴容采取的最簡單辦法就是在保持發(fā)電機座不變、發(fā)電機轉(zhuǎn)速不變、埋入部件不變的情況下，依據(jù)設(shè)計方案，將發(fā)電機的內(nèi)部部件進行整體更換，但是，這樣的方法存在著資金投入大、施工時限長等問題。

發(fā)電機作為水力發(fā)電站的核心裝置，其組成的部件較多，對于發(fā)電機的效率和功率產(chǎn)生影響的因素也較多，例如電機的定子鐵心、定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組、通風(fēng)冷卻裝置、軸承等。是否對發(fā)電機組整體更換應(yīng)進行綜合分析和論證。因此，需要結(jié)合改造的水電站的實際情況，對發(fā)電機運行情況進行深入了解，并掌握電站投產(chǎn)時有關(guān)的設(shè)計參數(shù)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及運行中出現(xiàn)的各種問題、檢修情況等，并對其進行客觀的論證分析，然后依據(jù)理論計算與擴容增效的實際要求，確定發(fā)電機組的增效擴容改造方案。

（一）定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組的改造

在發(fā)電機的增效擴容改造中，由于對增容后機組的轉(zhuǎn)速需要保持不變，因此，在進行電氣設(shè)計時，必須要確保發(fā)電機的極對數(shù)維持恒定，但是又想要實現(xiàn)擴容增效，只有從原定子繞組的改造設(shè)計入手。采取的方案是增大繞組的線規(guī)，使繞組的電阻下降，這樣繞組的電阻發(fā)熱總量也不會高于原繞組。此外，還需要對于絕緣浸漆的工藝進行重新的設(shè)計，使得線材的絕緣等級由B級提高到F級，同時，選擇新型的耐高壓、介質(zhì)損耗低的絕緣材料，使得絕緣厚度降低，為增大線規(guī)提供更多的空間。

將絕緣等級提升到F級之后，對于定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的機組升溫，仍然需要控制到B級絕緣情況下所允許的極限溫度內(nèi)，以保證各項電氣的安全指標(biāo)能夠達到有關(guān)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)的要求。

此外，在進行發(fā)電機定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的電氣設(shè)計改造時，還需要結(jié)合此前機組設(shè)計時留有的定轉(zhuǎn)子繞組設(shè)計的裕量，一般留有15%，因此，機組增容的幅度較小時，對于定子繞組可以不做變動。如果增容幅度較大，則需要依據(jù)擴容幅度的大小，通過計算確定需要的匝數(shù)及繞組截面積，更換定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組。由于水輪機此時需要的增容幅度較大，如果機墩受限或者是其他因素制約水輪機出力的不匹配問題，也可以采取更換定轉(zhuǎn)子繞組附加提高機組功率因數(shù)的方式來解決。

（二）定子鐵心的改造設(shè)計

在水電站的增效擴容改造中，對于發(fā)電機部分的改造，進行定子鐵心改造也是重要的改造設(shè)計工作。由于定子鐵心基本上不會出現(xiàn)故障，但是，為了確保整個發(fā)電機組在改造后的安全運行，筆者認為首先應(yīng)進行定子的檢測，一旦出現(xiàn)運行年限達到或者是檢測出存在缺陷的，或者是發(fā)生過重大事故的，應(yīng)予以更換。在鐵心的損耗中，發(fā)電機的電磁損耗是主要的原因，投產(chǎn)較早的機組定子鐵心大多采用熱軋硅鋼片或有取向冷軋硅鋼片，磁滯損耗較大，加之多年運行后鐵心松動，絕緣老化，渦流損失增加，更換時，在設(shè)計方案中，對材料的選擇應(yīng)選擇新型的鐵心材料，使發(fā)電機效率進一步提高。對于檢測后確定不需進行更換的，則依據(jù)水電站改造后的需求和其他相關(guān)因素，配合定子繞組改造，對鐵心結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，對于鐵心的冷卻條件進行升級優(yōu)化，更換不合格的硅鋼片。

二、電氣主接線設(shè)計存在的問題及解決措施

（一）電氣主接線

由于進行增效擴容的水電站已經(jīng)運行多年，對于送出工程和系統(tǒng)的接入點已經(jīng)確定，再次變動的現(xiàn)實意義不大，對于電站的接入系統(tǒng)不再進行論述，所以，只要現(xiàn)有的主接線合理，在擴容增效設(shè)計中，可維持原有的主接線方案，只是需要進行一定的復(fù)核計算，并依據(jù)有關(guān)規(guī)范和短路電流計算，電氣設(shè)備的容量進行復(fù)核，然后合理的選擇設(shè)備即可。筆者在工作實踐中，發(fā)現(xiàn)存在著個別的水電站，由于進行過多次的檢修和改造，現(xiàn)有的水電站的主接線形式已經(jīng)發(fā)生了變化，其中存在一些電氣設(shè)備的增加或者是縮減，而且布置情況也發(fā)生了變化，在增效擴容的中，如有接線方式是不合理的，可能存在著系統(tǒng)的重復(fù)容量偏大、線路損耗高、繼電保護系統(tǒng)復(fù)雜等現(xiàn)象，因此，在進行電氣設(shè)計時，對于這種主接線方案應(yīng)該進行優(yōu)化。在優(yōu)化設(shè)計過程中，首先應(yīng)制定出幾種不同的主接線方案，然后對送出線路的輸送容量和電壓降進行有效的復(fù)核，選擇那些能夠滿足增效擴容要求的主接線方案。在這個過程中，還需要對變電站內(nèi)的電流互感器變比、電氣設(shè)備的動熱穩(wěn)定性和開端電流等進行檢查復(fù)核，進而確定最佳的主接線方案。主接線方案設(shè)計的基本原則是送出電壓等級和接入系統(tǒng)點不改變，確保資金的使用效率得到保證。在主接線方案設(shè)計過程中，主接線的接線方式和運行方式如果進行變更，需要對電力系統(tǒng)的計量、保護方式和整定值的保護等問題進行深入分析，而且需要與電力系統(tǒng)的調(diào)度部門進行溝通與協(xié)商，確定適應(yīng)的主接線的接線方式。

總結(jié)

對水電站進行增效擴容，能夠在一定程度上優(yōu)化我國的電力能源結(jié)構(gòu)，提升電力資源的供應(yīng)量，促進環(huán)境保護事業(yè)的向前發(fā)展。一個優(yōu)秀的電氣改造設(shè)計方案能夠提高經(jīng)濟效益，降低生產(chǎn)成本，節(jié)省運行費用，降低勞動強度。在水電站的擴容增效改造實施過程中，要重視發(fā)電機組和電氣設(shè)備改造的重要性，要同進行水輪機組的改造一樣重視。這樣才能有效確保增效擴容改造后的水電站的整體安全性和穩(wěn)定性。

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