淺析小型水電站增效擴容改造中電氣設計的幾個問題

戴誦堅

摘 要：已建小型水電站往往存在機組容量偏小、水庫調節能力不足的問題，導致水庫處于長期棄水狀態，無法充分利用水資源，急需改造。對已建小型水電站進行增效擴容改造是系統且復雜的工程，需要細致分析，綜合考慮小型水電站整體效益的提升，尤其要重視優化電氣設計，在增效擴容改造中解決電氣設計問題。接下來就從小型水電站的機電設備、短路電流及電氣主接線、綜合自動化系統這三個方面分析并解決其增效擴容改造中的電氣設計問題，提高水電站能效。

關鍵詞：小型水電站；增效擴容；電氣設計；改造

國內有異常豐富的小型水電站資源，但在各方面因素的影響下，早期建成的很多小型水電站均無力憑借自身的積累落實改造升級工作，加上設備設施日益老化，導致能效逐年衰減。針對這些老舊的小型水電站實施增效擴容改造，不但能提高利用水能資源的效率，幫助調整能源結構、實現節能減排，還能保護河流的自然生態環境，消除公共安全隱患，不斷提高小型水電站的管理水平與技術水平，效果跟建設大型水電站相當，且周期短、費用低、見效快，是利國利民的工程。因此，分析并解決小型水電站增效擴容改造中的電氣設計問題就成為一項重要課題，亟待研究。

1小型水電站機電設備增效擴容改造

1.1遵守機電設備改造原則

相關部門及人員要嚴格按照國家所制定并實施的《農村水電增效擴容項目機電設備選用指導意見》的相關規定，秉持環保、節能的設計理念，以少人值守為目標，對小型水電站電氣設備實施改造。在改造時不改變水電站運營既有主接線的方式及其接入電力系統的具體方式，同時不改變既有的主副廠房布置電氣設備的方式，致力于通過新技術以及高效節能設備，將更新既有的高能耗、落后設備作為改造重點，更新水電站的發電機、變電設備、交直流系統、綜合自動化系統等，最終實現促進小型水電站安全運行、提高綜合能效、淘汰落后設備與技術的目的。

1.2科學改造水電站發電機

針對小型水電站水輪發電機的最簡單增效擴容方法就是以維持機座、轉速不變以及不變動埋入部件為前提，依據全新設計整體更換所有的發電機部件，不過需要一次性投入較多資源，浪費資金、資源。水電站發電機由較多部件組成，且效率、出力的影響因素也較多，包括發電機定子鐵心、轉子繞組、定子繞組、推動軸承、通風冷卻裝置等，是否有必要整體更新發電機組就需要綜合分析、科學論證。所以要到現場了解詳細的情況，掌握發電機運行狀態，清楚水電站投產時的設計參數、技術水平，還要知道歷年來發生的重大事故以及維修、改造等情況，通過和運行人員共同分析、論證，按照水電站增效擴容要求，在全面的檢測中明確針對發電機組是整體更新還是局部改造。為確保水電站安全運行，如果需要整體更新發電機，則要依據當下先進的技術做好設計與制造工作，滿足立式機組不改動現有埋件與機墩的要求[1]。

2復核計算短路電流以及電氣主接線

2.1短路電流

早期建成的小型水電站，由于當時電力系統只有很小的容量，所以在幾十年的發展之后，電力系統容量大幅增加，結構發生巨大的改變，網絡也越來越強，且在改造發電機時會改變電氣參數。所以有必要按照當下的電力系統的參數或改造之后的、未來5～10年的電力系統發展規劃的發電機組參數，重新復核計算短路電流，并按照計算復核的結果對水電站既有電氣設備擁有的開斷能力進行復核，或重新確定電氣設備的參數、型式。在一般條件下，高能耗的、嚴重老化的、淘汰的設備會隨著水電站機組增效擴容而一起更換，目的是提高水電站運行安全性，同時減少維護工作的量，提高經濟效益，確保更換的電氣設備適應電力系統的不斷發展，實現安全、穩定、長期的運行。

2.2電氣主接線

經過增效擴容改造的小型水電站都已經運行多年，已經確定了送出工程、和系統的連接點，變動可能性較小，不必再一次論證水電站接入系統，只要既有主接線保持相對的合理性，就可在增效擴容改造中使主接線維持原有方案不變，只需按照現行規范和計算短路電流的成果，復核機組的容量，并科學選擇電氣設備。個別因多次改造而改變既有主接線形式，減少或增加部分設備，改變布置，形成不科學、不合理的主接線方式，導致損耗高、重復容量大、設備配置不科學、繼電保護復雜等，或既有的主接線方式已不再滿足電力系統要求。針對這些情況，要在改造設計中優化比選主接線方案，復核送出路線輸送容量、電壓降，看其符合增效擴容需要與否；復核水電站內部電流互感器變比、開斷電流、電氣設備的動熱穩定等滿足要求與否。基本的原則就在于不改變送出電壓等級、接入系統的點，避免增加資金投入，避免浪費[2]。如果改變主接線的運行方式或接線方式，就涉及到計量電力系統、保護整定值、保護方式等問題，應和電力系統調度部門一起協商解決。

3升級改造水電站的綜合自動化系統

3.1直流系統

直流系統的直流電源盤選擇免維護的、全密封的、全自動的鉛酸蓄電池成套裝置，且盤由微機監控高頻開關整流裝置、負荷電壓補償裝置、電壓監視裝置、均衡充電回路以及絕緣監察裝置等共同組成。整套裝置的管理都實施微機智能化，同時適當提供備用模塊。直流盤的充電模塊就選擇N+1的備用方式，自動進行退出故障模塊、檢測工作狀態等工作，具有自動充電蓄電池的功能、短路可靠保護的功能、自動調壓的功能等，還有交流失電后再恢復供電時，則具備自動軟啟動運行功能，可使電池組進行自動補充充電。

3.2集控中心

集控中心系統設計與設備的制造、安裝、驗收、調試等均要嚴格遵守不低于國家與國際標準化組織給出的標準、規范的原則[3]。設置于集控中心內部的控制站、設置在各個水電站的被控站以及遠動通道共同構成集中調度控制系統，該系統對被控水電站設施具有遙控、遙測以及遙信的功能，還能監視現場運行環境的安全性、進行模擬培訓、實時打印操作記錄、統計報表以及故障信息等功能。針對系統的硬件總體結構而言，該系統選擇全開放分層分布系統結構，功能分層中的單元層可獨立基本功能，縮小設備故障影響范圍，對各設備減輕負擔有利，能使系統保持可靠性、可用性，方便檢修維護、更換設備。如果選擇可靠性高的通訊設備、速度快的通訊網絡，系統就能選擇總線式的通訊結構，直接讓總線的各個節點上網，保證系統在交換信息方面具有更高的可靠性、實時性。

3.3微機監控系統

經過改造，微機監控系統的控制功能應能通過視頻圖像對小型水電站進行實時監控、報警、回放以及剪切、存儲，同時能切換任意單幅、4幅、16幅視頻畫面，能召喚顯示任意一個被控的水電站，能隨著遙控命令隨動切換；針對顯示圖像可實施放大、縮小的操作，并調整其焦距；具有實時顯示及處理視頻的功能；系統要設置歷史數據庫、實時數據庫的管理系統，以便管理在線運行數據、歷史數據；具有在線維護修改應用軟件的功能，能在線修改、定義并編輯各種用戶的畫面、數據等，真正優化綜合自動化系統，達到增效擴容的目的。

4結語

在小型水電站增效擴容改造中，對于更換發電機組、改造電氣設備、升級綜合自動化系統等電氣設計問題要予以同樣的重視，這不僅和水電站增效擴容改造之后的綜合效益有關聯，且還對水電站今后的運行及設備、人員安全有重要作用。目前，國內還有很多需要改造的小型水電站，通過增效擴容技術改造能更好地發揮水電站的經濟效益，保證水電站安全運行。

參考文獻：

[1]孫浩.淺談小型水電站水輪發電機增效擴容改造設計[J].科技創新與應用，2015（11）：126.

[2]葉永，牟玉池.農村水電站增效擴容改造設計探討[J].中國農村水利水電，2016（07）：184-186.

[3]盧慶飛.勢江水電站增效擴容改造方案設計與效益分析[J].企業科技與發展，2016（06）：143-147.