大峽水電站排水動力系統檢修技術改造

陳一搏

（甘肅小三峽公司大峽水電站，甘肅 白銀730900）

大峽電站檢修排水系統自1995年投運以來，故障頻繁，維修工作量較大，尤其是電機起動方式，無法很好地滿足電站運行要求。為了改變目前檢修排水動力系統存在的問題，決定對檢修排水動力系統及電機啟動方式進行技術改造。

1 原檢修排水系統動力及電機啟動方式配置

大峽電站檢修排水動力系統由兩面0．4kV進線配電柜、五面0．4kV饋電柜、三臺電機、頻敏變阻器、電動閥、控制系統7部分組成；電機型號參數為：JR126－4繞線電機，功率：225kW，轉速：1470r／min，額定電流405A，轉子額定電流478A，轉子電壓296V，轉子飛輪力矩37GD2，功率因數0．902，接法Δ，制造廠家：江西電機廠，啟動方式采用頻敏變阻器降壓啟動。

2 改造前檢修排水動力系統及電機啟動方式存在的問題

大峽水電站機組檢修排水動力系統，由于安裝環境濕度大、通風較差、運行時間長、設備老化、直接影響電站機組的正常檢修，主要存在如下問題：

（1）盤柜防護等級不符合要求，檢修排水泵房環境濕度大、通風較差，盤柜體銹蝕比較嚴重。

（2）主要負荷電氣設備故障率較高，時常會出現接觸器、斷路器觸頭燒損現象。

（3）盤柜兩路進線斷路器是比較陳舊的電氣設備，此類斷路器除備件缺失外，斷路器本身存在諸多問題，多次發生故障時不能保護跳閘；嚴重影響設備的正常運行。

（4）盤柜內其它負荷刀熔開關觸頭和接線端子銹蝕嚴重。

（5）盤柜電源進線接線不規范，母線端部存在電纜機械扭力，相間距不符合標準。

（6）檢修排水系統的電機為繞線式電機，采用頻敏變阻器降壓啟動，啟動電流大，經常發生接觸器、熱繼電器、敏電阻器、碳刷和滑環等設備燒壞故障，影響檢修排水泵的正常運行；電機保護單一，定、轉子回路僅靠開關和熱偶保護，無法滿足電機要求。

3 設備改造前期準備

針對大峽電站檢修排水動力系統及電機啟動方式存在的問題，技術人員有針對性的進行了市場調研；目前，動力盤柜技術成熟，選用防護等級高，質量良好的電器元件，盤柜加裝溫濕度控制裝置，完全可以滿足現場需求；重點對繞線式電機啟動方式是否滿足現場需求，進行詳細調研。

經了解，國內現在流行的繞線式電機主要起動方式有以下幾種：

（1）頻敏變阻起動柜起動。目前大峽檢修排水系統故障較多，這種起動不適合現場實際情況，在此不做闡述。

（2）無刷無環起動器。它是頻敏變阻起動的變形產品：無刷無環起動器是將頻敏變阻器直接安裝在電機轉子上，實現電機無刷運行。無刷無環起動器存在兩方面不足：a．起動電流一經出廠，就無法調整。b．電機正常運行時，頻敏變阻器不短接，會產生一定的功率損耗；不符合節能要求，也不適合現場實際情況。

（3）繞線式異步電機串電阻多級起動柜起動。它是將電機轉子電流引入起動柜內，通過時間、電流或凸輪控制器改變電阻的大小，達到增加電機起動轉矩、減少起動電流的目的。它的最大優點是：由于串入轉子回路是純電阻，功率因數高，起動比接近1。但起動控制裝置復雜，且起動過程中需頻繁切換起動電阻，造成多次沖擊電流。因此，它只用在對起動轉矩要求特高的起重機、軋鋼機等設備上，不適合本現場實際情況。

（4）繞線式異步電動機液態電阻起動柜起動。它是將液體電阻串入電機的轉子回路，通過伺服電機改變極板的距離，從而改變液體電阻的大小，達到無級連續調整電機起動轉矩和起動電流的目的。它與凸輪控制器改變電阻相比，最大的優點是：a．無級連續調整電機電流；b．可以通過改變電解液的濃度，方便地改變起動電阻的大小，達到改變起動電機電流的目的。缺點是：a．常見的繞線式異步電動機液態電阻起動柜，沒有考慮液體電阻對極板及其傳動設備的腐蝕作用；b．沒有考慮裝置的密封和防爆、沒有考慮環境溫度對起動裝置的影響，造成壽命低；c．電機起動過程完全由伺服電機控制，不能自動適應電機的起動過程；d．應用范圍小，不能安裝在有振動的地方（如行車上）和北方的室外；e．體積大、運行維護工作量大、造價高等缺點。

（5）無刷自控電機軟起動器起動。它是結合了無刷無環起動器和液態電阻起動柜的優點而設計的。它的控制原理與繞線電機液態電阻起動柜相當，所不同的是，將起動電阻直接安裝在電動機的轉軸上，利用電機旋轉時產生的離心力作為動力，控制起動電阻的大小，達到減少電機起動電流、增加起動轉矩，使繞線式異步電動機實現無刷自控運行的裝置。它的優點是維修量小，成本低；缺點是必須對原有電機進行改造。

根據幾種啟動方式對比以及對各種啟動方式應用的實際調研等綜合考慮，無刷自控電機軟起動器設備具有現場改造方便，能夠克服電機起動電流大和環境潮濕等因素的影響，同時減少了檢修人員的維修量，運行可靠等優點，故大峽檢修排水泵電機啟動方式選用無刷自控電機軟起動器。

4 設備改造構想

為了解決以上檢修排水電機起動方式及動力系統存在的諸多問題，針對大峽電站實際情況，制定如下技改方案：

（1）動力柜設兩面0．4kV進線柜、三面軟啟動柜、二面饋電柜，控制柜一面，其安裝在保持原設計的基礎上，選用密封性能良好的動力柜，盤柜內裝設加熱裝置、除潮裝置，保證柜體內溫、濕度達到電器元件所要求的范圍；電器元件選用性能優良產品；兩路進線斷路器選用具有三段保護功能的斷路器，兩路電源具有可切換功能；同時對母線采取抗氧化措施。

（2）電機啟動回路：

a．繞線電機的定子回路采用啟動器。

b．繞線電機的轉子回路采用無刷自控電機啟動器。

c．去除原電機的碳刷、滑環、去除原啟動回路中的頻敏變阻器。

（3）增加電機防潮加熱器，避免因現場濕度大，電機絕緣受潮現象。

（4）增加檢修排水泵房通風裝置，改善現場環境。

5 設備改造設計要求

為了解決大峽原動力系統存在的問題，從設計上對動力盤、電機啟動控制、保護等方面實現如下功能：

（1）將兩路0．4kV 進線柜（額定電流1600A），增加互鎖功能，并將進線柜的工作狀態實時提供給全廠計算機監控系統。

（2）系統設有現場控制和遠方控制方式。現場控制包括有自動控制和手動控制；遠方控制是由機組LCU直接發出啟泵和停泵信號。

（3）所有順控流程及延時定值，均通過PLC程序完成。

（4）0．4kV進線柜、饋電柜和軟啟動柜控制面板設有運行指示燈，實時提供電源系統的設備工況。

（5）檢修排水電機定子回路采用軟啟動方式，對電機保護更加完善。

6 設備改造選型

根據大峽電站檢修排水系統現場環境實際情況和電機啟動要求，對動力盤柜體和主要電器元件進行重點選型，以滿足設備安全、可靠運行。

（1）柜體：采用ABB公司MNS系列產品，母線連接采用貫穿形式。

（2）兩面0．4kV 進線柜（額定電流1600A），開關型號：N性能水平－抽出部分E2N1600R1600 PR121／P－LSI WMP NST N。

（3）3臺電機定子軟啟動器柜，定子軟啟動器采用型號：ATS48C48Q。

（4）三臺電機轉子軟起動器采用型號及參數：WRZ225kW 額定頻率：50Hz，額定電壓：380V；配用電機功率：225kW；啟動力矩倍數：1．6 Me≤M≤2．0 Me；啟動電流倍數：3．0 Ie≤I≤3．5 Ie；啟動時間：8s≤T≤15s（FONT）。

（5）兩面0．4kV負荷柜采用 MNS2．0抽出式開關柜。

7 改造后效果

2009年9～10月，對大峽檢修排水動力及電機啟動方式進行技術改造。

經過技術改造，檢修排水系統增設通風裝置，使工作環境有了很大改觀，同時增加加熱裝置，使動力盤、電機防潮問題得到徹底解決；尤其是電機起動方式上，采用WZR無刷自控軟啟動器，去掉電機滑環、碳刷、刷盒、短路環等復雜的起動系統，不但可以直接平滑軟起動，而且還保持了繞線式電機的優良性能，同時在負載時具有穩速功能；徹底解決了原頻敏起動時電流沖擊及電磁噪聲，保證了檢修排水泵的安全可靠運行。

此次電機啟動回路采用WZR型無刷自控電機軟起動器，克服了定子控制式電機軟啟動器的起動轉矩與起動電流的平方成正比（電機起動電流從7 Ie降到3．5 Ie，啟動轉矩1．6 Me降為0．4 Me）這一缺陷。WZR無刷自控電機軟啟動電流在降低電機軟起動電流的同時，增加電機起動轉矩（電機起動電流從7 Ie降到1．7 Ie，起動轉矩仍為1．6 Me），并能以最大轉矩（2．5 Me）起動電機。它由電阻（水電阻）起動裝置（電阻起動裝置于頻敏變阻器起動裝置相比，在同等起動電流的情況下，起動轉矩能提高1．5倍）發展而來，具有：

（1）徹底根除使用滑環、碳刷時各種故障隱患。

（2）節省安裝空間，減少起動裝置的功率消耗，節約了電能。

（3）電機采用軟啟方式，為電機更換創造了更多選擇余地。

8 結束語

檢修排水動力及控制系統改造后，設備運行穩定正常。通過技術改造，克服了檢修排水動力系統存在的諸多問題，同時也積累了寶貴經驗；減少了設備檢修和日常工作量，確保檢修排水系統的穩定。為大峽水電站各臺機組的正常檢修打下了堅實的基礎。

［1］ NORTHWEST HYDROPOWER［Z］．2007．

［2］ 鄧先明．電機學原理及驅動［M］．北京：清華大學出版社，2008．