水電站增效擴容電氣設計問題分析

李旭東

(齊齊哈爾工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

1 要對水輪發電機的增效擴容的改造進行合理地選取

1.1 水輪發電機的增效擴容概述

在我國需要進行增效擴容的水電站，一般多建設于20世紀90年代乃至于更加久遠。由于20世紀的技術限制，其水電站的建設與施工的方法和技術工藝、在建設中所使用的工程材料，以及水電站設計理論的水平與施工的說明等方面的落后。與此同時，水電站經歷了幾十年的風雨考驗和不間斷地運行，相關電氣設備必然會出現運行時溫度升高、絕緣老化、螺絲松動、效率降低等問題，影響了水電站的穩定運行，運轉效率較低。與此同時，不同的電站，運行的管理方式和水平、生產廠家的技術也各異，從而導致出現問題的類型和程度也是不同的，因此需要具體問題具體分析，對癥下藥，找出問題點并合理解決和完善。

1.2 整體更新發動機

最簡單水輪發電機增效擴容的方法就是整體更換發動機，即在保證不變的基座、不變的轉速、不改動埋入的部件的條件下，通過完全不同的設計對水輪發電機的整個機體進行更換，也就是針對發動機的所有零部件來進行。但是這種更換的方法相對來說，一次性的投資比較大，浪費了資金，也導致了公共資源的浪費。

在發動機中，其構成的部件很多，都會影響到效率和出力。因此，影響最終輸出結果的影響因素有很多，比如：定子繞組、釘子鐵心、冷卻通風的裝置、推動軸承轉子繞組等等。綜上所述，是否對整個發動機機組進行更換，需要綜合分析和整體考量，在水電站現場勘查電氣設備的實際運轉情況，對設備投入使用階段的各項參數進行檢查核對，對設備相關技術和維護問題做到清晰了解，考察近幾年來所發生的重要事故、維修過的、改造過的情況等，與相關的運行人員深入了解情況，一起討論和論證修改設計方案。根據增容擴效的具體要求，通過全面地考察檢測和討論分析論證以后，再作出決定。為了保證發電站的整體運行安全，要按照科學的規定和設計制造要求，滿足水電站電氣設備立式機組的機墩和不改動埋件的要求。

1.3 改造定子繞組和轉子繞組

在發動機增容擴效的改造方法之中，要求進行增容后機組的轉速保持不變。也就是說，一定要提高繞組線規，同時減小繞組電阻，使得繞組電阻發熱的總量不能大于原來的繞組。與此同時，改變絕緣浸漆的工藝，將絕緣等級從B級提升至F級，絕緣材料要選用耐高壓，介質損耗較低的材料，絕緣厚度減小，為增大線規提供足夠的空間。

絕緣級別的改造主要針對轉子繞組和定子繞組方面進行，機組絕緣水平至少要控制在B級以上，要保證電氣設備和絕緣溫度控制在極限范圍內，要保證電氣設備各項參數指標處于合理的范圍內，設計要符合水電站的科學要求，保證機組的安全和可靠性。經過科學的改造，水電站發電機在額定的條件下可以增加出力，增加比例大約在15%～25%左右。

水電站發電機系統設計中要注意發電機定子和轉子的繞組設計，要保證留有一定的余量，發電機組增容要控制在20%左右，定轉子繞組不需要做特別大的變化。水電站發電機組如果根據實際需要增容，要根據擴容的幅度合理地計算，計算出需要的匝數和繞組截面面積，才能更換定子繞組和轉子繞組。

1.4 改造通風冷卻的系統

發電機的通風冷卻系統是否好用，直接影響著發動機的溫升和擴容問題。發電機冷卻系統的設計水平受技術發展的影響，通風冷卻的系統存在很多的問題，例如冷卻系統運轉時噪聲較大，工作效率較低，冷卻效果較差等等，且冷卻設備長期運轉之后會產生腐蝕的問題，且長期使用會積聚灰塵，導致污垢聚集使設備管道發生堵塞，散熱系統性能降低，發電機運轉溫度較高，會導致電氣設備發生故障。因此，在這樣的情形下，應該要及時更換冷卻系統或通風裝置，根據機發電機組擴容容量設計冷卻系統。

2 計算與復核電氣主接線和短路電流

2.1 電氣主接線

水電站如果運行了很多年，需要根據實際進行增效擴容的處理，要結合具體的改造工程確定系統連接的地點，提前做好電氣主接線的連接方案設計。要對水電電氣設備接入系統進行檢查，保證主接線連接方式合理科學，那么在增效擴容的方案中就不需要進行特別大的改動。對于個別經過多次修改的電站來講，改變了其原本設計的主接線的形式，增加了或者是減少了部分的設備，現有的接線方式當中有不適應現在電力系統的要求，就需要優化主接線連接方式，對水電站輸送容量和電壓進行復核，要確定增效擴容是否滿足實際需求，保證電氣設備開端電流的穩定性。

電氣設備中主接線的連接原則是，保證送出的電壓等級和接入系統點相對應，避免造成資源浪費和投資資金過多，要結合實際用電需求確定主接線的接線方式，保證其運行的效果，合理設計電力系統的保護方式和保護定值。

2.2 短路電流

目前，部分水電站增加了容量，電氣系統結構也進行了科學地更改，網絡進行了優化和升級，發電機參數也發生了變化，要結合目前的電力系統具體參數和指標，對實際使用的水電站發電機組系統進行分析和研究，復核和估算短路的電流，對水電站電氣設備開端能力進行評估，要選擇符合參數和類型需求的電氣設備，如果電氣設備出現老化，耗能較高的話需要及時更換設備，要保證設備的安全性和穩定性，提高水電站的效益。水電站的接地裝置要科學安全，因為這是取決于安全生產和生命安全的重要問題。在水電站的用電安全中要注意接地電阻的合理設計問題。要同時注意各類短路問題涉及的接地電阻設計問題。

3 結語

水電站是屬于我國能源發展中的清潔能源項目，目前水電站已經成為我國電力發電系統中的重要組成部分。在水電站的增效擴容中，電氣設計是關鍵。