石頭河壩后水電站主變壓器增容更新改造

王 希

(石頭河水庫灌溉管理局，陜西眉縣722300)

1 概 述

石頭河壩后水電站位于陜西省岐山、眉縣、太白三縣交界處的斜峪關(guān)，屬石頭河水庫水能梯級開發(fā)中第一級水能利用工程。該站共安裝4臺混流式機(jī)組，總?cè)萘?8 500 kW，其中1G、2G、3G機(jī)組為一期工程，容量為1×6 500 kW+2×5 000 kW，1G 6 500 kW機(jī)組為低水頭大流量機(jī)組，2G、3G為同型號高水頭機(jī)組。3臺機(jī)組出線電壓均為6.3 kV，電氣主接線為單母線接線方式(見圖1)，安裝35 V升壓變壓器1臺，容量16 000 kVA(因3臺機(jī)組水頭適應(yīng)范圍不同，最大出力只有13 100 kW，即16 375 kVA，且最大出力時(shí)年運(yùn)行時(shí)間較短，故當(dāng)時(shí)選用主變?nèi)萘繛?6 000 kVA。從多年運(yùn)行看，主變當(dāng)時(shí)選型是正確的)，3臺發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)的電力必須經(jīng)這一臺升壓變壓器升壓后再經(jīng)1條10.8 km 35 kV輸電線路并網(wǎng)于寶雞供電局五丈原變電站35 kV母線。

1990—1991年3臺機(jī)組相繼并網(wǎng)發(fā)電，設(shè)計(jì)年發(fā)電量5 600萬 kW·h，年利用小時(shí)數(shù)3 400 h。二期工程4G機(jī)組容量1×2 000 kW，為低水頭小流量機(jī)組，10 kV出線，無升壓變壓器，直接并網(wǎng)于樞紐變電站10 kV母線。1998年并網(wǎng)發(fā)電，設(shè)計(jì)年發(fā)電量1 005萬 kW·h，年利用小時(shí)數(shù)4 100 h。

2 主變改造的必要性

石頭河壩后水電站主變型號為SFL—16000/35/6.3kV油浸風(fēng)冷式三相無載調(diào)壓變壓器，為西安變壓器廠1976年5月出廠產(chǎn)品，至2015年已投運(yùn)39 a。該變壓器是1989年由水利廳從石門水庫管理局調(diào)撥而來，主要存在以下問題：

(1)變壓器出廠距當(dāng)時(shí)已投運(yùn)39 a，超過報(bào)廢期限。變壓器的壽命取決于絕緣的老化程度，而絕緣的老化主要與變壓器運(yùn)行的溫度和出廠年限有關(guān)，隨著變壓器出廠時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間的增加，變壓器的絕緣會發(fā)生老化，絕緣度降低。在變壓器運(yùn)行過程中，由于雷電過電壓、操作過電壓影響，極易發(fā)生絕緣擊穿而損壞變壓器，以致影響電站發(fā)電生產(chǎn)的正常進(jìn)行。由于變壓器超過報(bào)廢期限，在近幾年電站進(jìn)行的電氣設(shè)備定期校試工作中，寶雞供電局外協(xié)校試單位在對主變壓器進(jìn)行絕緣試驗(yàn)時(shí)，不愿意對變壓器外施高壓，怕在試驗(yàn)過程中發(fā)生絕緣擊穿事故。近6年來變壓器一直未曾進(jìn)行過大修，變壓器具體健康狀況很難預(yù)計(jì)，施工單位考慮到其絕緣老化程度，不愿承擔(dān)該變壓器大修工作。

(2)該主變壓器現(xiàn)屬淘汰類高損耗型變壓器。變壓器銘牌標(biāo)識的空載損耗為19.6 kW，短路損耗為105 kW；而相同容量、電壓比的低損耗變壓器一般空載損耗為15.2 kW，短路損耗為69.3 kW。若按照變壓器負(fù)荷12 900 kVA，運(yùn)行3 600 h(每年6～10月)計(jì)算，現(xiàn)運(yùn)行的高損耗變壓器比同容量的1臺低損耗變壓器多損耗電能10萬kW·h；若按變壓器1年運(yùn)行8 040 h計(jì)算，主變壓器年運(yùn)行損耗電能與低損耗變壓器相比，將多達(dá)14.6萬 kW·h。

圖1 石頭河水電站主接線圖

(3)變壓器頂蓋、器身與冷卻器、干燥器聯(lián)結(jié)法蘭處滲漏油嚴(yán)重，冷卻風(fēng)扇易出現(xiàn)故障。由于配件購置困難，常在發(fā)電高峰期主變風(fēng)冷卻裝置不能全部投入運(yùn)行，從而影響主變運(yùn)行。

(4)考慮到1G機(jī)組因“引紅濟(jì)石”工程而進(jìn)行改造，即改造后水頭提高，容量不變；則3臺機(jī)組最大出力將達(dá)到16 500 kW，視在功率達(dá)20 625 kVA(目前最大視在功率16 375 kVA)，那么主變?nèi)萘繉⒉荒軡M足3臺機(jī)組出力需求。

3 改造方案比較

3.1 方案一

購置1臺SFZ11—16000kVA/35/6.3kV同容量新型節(jié)能變壓器，更換現(xiàn)有變壓器，以滿足目前運(yùn)行方式?？紤]到以后該站1G機(jī)組如進(jìn)行改造，待改造完畢后再新增1臺SZ11—8000kVA/35/6.3kV主變壓器，2臺變壓器可并聯(lián)運(yùn)行，總?cè)萘窟_(dá)24 000 kVA，在滿足3臺機(jī)組最大出力同時(shí)且有容量富裕。

該方案優(yōu)點(diǎn)：

·對以后1G機(jī)組是否改造具有較大靈活性。

·運(yùn)行靈活，可靠性高。

·容量有較大富裕，相對較安全。

缺點(diǎn)：

·全部完工后，總投資較大，達(dá)275萬元(一期125萬元，二期150萬元)。

·運(yùn)行操作頻繁，相對增加發(fā)生差錯(cuò)機(jī)率。

3.2 方案二

購置1臺SZ11—25000kVA/38.5/6.3kV變壓器，更換現(xiàn)有主變，這樣不但可滿足目前的需要，而且可滿足以后1G機(jī)組改造后出力增加的需要。

該方案優(yōu)點(diǎn)：

·相對2臺主變總投資少，共148萬元。

·主接線簡單，運(yùn)行維護(hù)方便。

缺點(diǎn)：

·相對2臺并聯(lián)變壓器而言運(yùn)行不靈活。

·空載損耗相對2臺主變稍大。

3.3 方案三

一次購置2臺新變壓器，分別為SF11—8000kVA/35/6.3kV、SZ11—12500kVA/35/6.3kV更換現(xiàn)有主變。這樣，既可滿足目前之需要，也可滿足以后1G機(jī)組改造后的需要。

該方案優(yōu)點(diǎn)：同方案一。

缺點(diǎn)：同方案一，且一次性投資大(見表1)。

表1 主變改造方案及運(yùn)行年損耗電量、設(shè)備投資對照

從上述3個(gè)方案比較看，應(yīng)從方案一、方案二中選取，方案三不可選。當(dāng)時(shí)意見是：如果該站1G機(jī)組改造完全可行，則應(yīng)選方案二；如該站1G機(jī)組改造一時(shí)不能確定，則應(yīng)選方案一。

4 改造過程

根據(jù)省廳陜水規(guī)計(jì)發(fā)〔2012〕779號文件批復(fù)，同意石頭河水庫水電站增效擴(kuò)容改造工程實(shí)施，其中包含對該站1G機(jī)組的改造。鑒于方案二的技術(shù)性能更為堅(jiān)實(shí)，經(jīng)濟(jì)性能更為優(yōu)越，因此被最終確定，且通過面向社會公開公平招標(biāo)投標(biāo)方式被陜西永力電器設(shè)備有限公司中標(biāo)(見表2)。

2015年3月18日中標(biāo)施工單位進(jìn)場，開始對舊主變高低壓側(cè)矩形鋁母線進(jìn)行拆除，且用儲油桶放掉主變器身內(nèi)變壓器油以減輕自重，然后將變壓器移出主變室再予以吊離。在將舊鋁母線改造成全絕緣銅質(zhì)管型母線的同時(shí)對機(jī)墩承重強(qiáng)度予以配筋混凝土澆筑加固。3月29日新變壓器就位，然后分別組裝散熱器和油枕等，對新主變注入25號變壓器油，同時(shí)對相應(yīng)部位進(jìn)行排氣，完成新主變高低壓側(cè)母線連接和二次部分接線。4月3日寶雞供電局對新主變進(jìn)行電氣試驗(yàn)，其結(jié)果如下所示(見表3)。

表2 設(shè)備技術(shù)參數(shù)

表3 電力變壓器交接試驗(yàn)報(bào)告

同時(shí)，對新主變的保護(hù)整定值進(jìn)行了重新計(jì)算和修改，并做了微機(jī)保護(hù)試驗(yàn)。4月13日寶雞供電局相關(guān)人員到該站對新主變進(jìn)行了驗(yàn)收，按照要求對主變進(jìn)行了沖擊試驗(yàn)；4月15日新主變帶電空載試運(yùn)行。

5 改造效果

石頭河壩后水電站增效擴(kuò)容改造工程于2016年3月份相繼完成，特別是1G機(jī)組改造后機(jī)組設(shè)計(jì)水頭由原來的52 m提高到如今的70 m(適用水頭范圍50～90 m)，確保豐水期具備與2G、3G機(jī)組高水頭滿負(fù)荷同時(shí)運(yùn)行，即3臺機(jī)組最大出力16 500 kW，大大提高了年發(fā)電量，達(dá)到了本次主變增容更新改造的主要目的(見表4)。

表4 機(jī)組～主變最大負(fù)荷對照

其次，通過對該站主變壓器的增容更新改造，從根本上解決了豐水期上網(wǎng)無功負(fù)荷欠缺的問題。因?yàn)樵?臺機(jī)組運(yùn)行過程中，充分利用新主變有載調(diào)壓方式不需停電就可通過調(diào)節(jié)分接開關(guān)來調(diào)低母線電壓，保證了3臺機(jī)組無功負(fù)荷滿發(fā)的問題。另外，新主變在機(jī)組滿負(fù)荷的情況下較舊主變溫度大大降低，以前即便開啟冷卻風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫油循環(huán)(ONAF)主變溫度也達(dá)到85 ℃左右；而現(xiàn)在只需油浸自冷(ONAN)溫度也最大達(dá)到63 ℃左右。

6 結(jié) 語

石頭河壩后水電站增效擴(kuò)容改造工程已經(jīng)全面完成，自新主變投入運(yùn)行近3 年以來，從運(yùn)行情況來看，各項(xiàng)性能指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)。主變的增容更新改造從根本上消除了安全隱患，確保了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，滿足了3臺機(jī)組改造后最大出力的變壓器容量需求，對該水電站的安全發(fā)供電起到重大促進(jìn)作用，大大降低了損耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益。