黃云水電站電氣設備及其自動化改造設計

摘要：黃云水電站經過近三十年的運行，原電氣設備老化，技術落后，安全隱患多，尤其是水資源利用率極低，嚴重影響了水電站的安全穩定運行。基于此，對該電站的電氣設備進行了改造，充分合理利用水力資源，提高了電站發電效率和效益。

關鍵詞：黃云水電站;運行現狀;改造內容;小水電

1 工程概況

黃云水電站位于江西省全南縣南逕鎮黃云村，距縣城40 km。該水電站坐落于貢水一級支流桃江的上游，壩址控制流域面積為93.7 km2，水庫正常蓄水位為376.0 m，總庫容為4 650萬m3，是一座以發電為主兼有防洪和養殖等綜合效益的中型水利樞紐工程。

改造前，電站裝機容量為2×1 250 kW，設有兩回35 kV出線，一回接至縣城，另一回接至鐵廠;設有兩回10 kV出線，一回接至廠壩區，另一回供近區用電;有兩臺型號為S7-2000/35的主變壓器。

2 水電站運行現狀及存在的問題

黃云水電站機組自20世紀80年代末開始投入運行至今，所用設備基本還是建站時安裝的設備，部分器件在運行時出現故障后已經更換過。由于電氣設備年久老化，造成水資源利用率及發電能效低，同時大部分電氣設備存在較大的安全隱患，主要問題如下：

（1）現發電機型號為SF1250-12/2150，運行了近三十年，線圈電阻不平衡，線圈溫度高，直流泄漏大，且絕緣等級低，嚴重影響了發電機的工作效率。

（2）現勵磁系統運行時間已久，設備陳舊老化，經常出現無法建壓的問題，調節電阻失控，電壓不穩定的情況，由此引起的事故停機使電站水資源利用效率大大降低，嚴重影響了電站的穩定運行。

（3）現主變壓器型號為S7-2000/35。該主變投入運行時間長，目前設備陳舊老化，損耗大。

（4）廠用交流備用電源。現廠用變型號為S7-80/10，該廠用變投入運行時間長，目前設備陳舊老化，損耗大。

（5）10 kV戶內高壓柜。現戶內高壓柜采用固定式GG柜型，且該設備無五防監控系統，設備陳舊老化，存在安全隱患。

（6）35 kV戶外開關設備。現戶外開關設備采用的是油設備，漏油比較嚴重，運行維護不方便。

（7）低壓配電屏。現低壓配電設備老化，故障率高，運行維護不方便，應更換為經過3C認證的低壓開關設備。

（8）控制及保護系統。現控制及保護系統采用老式的常規型系統，系統設備年久老化，運行狀況不穩定，設備精確度、靈敏度太低，不利于機組及相關設備的安全可靠運行。

（9）照明。現照明系統是按20世紀80年代的相關規程規范進行設計、施工，已不能滿足現階段電站的照度要求。

（10）母線與電纜。現電纜隨電站運行近三十年，電纜的載流能力下降，出現絕緣老化現象。

3 改造內容

3.1? ? 電氣主接線

改造后的水電站裝機容量為2×1 400 kW，發電機電壓為10.5 kV，設兩回35 kV出線、一回10 kV出線。根據電站在電力系統中的作用、裝機規模等，按照電氣接線清晰明了、技術經濟優化的原則對電氣主接線進行了多方案比較，最終選擇的方案為仍采用原電氣主接線方式。

3.2? ? 過電壓保護

（1）電站直擊雷的保護。在電站主廠房和副廠房房頂設置避雷帶保護;在35 kV變電站設置一根獨立的避雷針進行保護。

（2）雷電侵入波的過電壓保護。電站10 kV電氣設備采用在母線上設置氧化鋅避雷器的方式進行保護;發電設備的保護，在發電機10.5 kV母線上分別設置一組避雷器。

3.3? ? 接地

本次接地設計是在充分利用原接地網的基礎上進行設計，即本次所有改造的電氣設備，均需選用50 mm×6 mm鍍鋅扁鋼接入附近的原有主接地網，設備安裝完畢后，應對電站整個接地網進行實測復核，使整個接地電阻不大于4 Ω。若達不到4 Ω，應采取引外、深井接地等接地措施降低電阻。

3.4? ? 發電機改造

改造后的發電機型號為SF1400-12/2150。

3.5? ? 勵磁系統改造

改造后的勵磁采用微機可控硅勵磁控制。

3.6? ? 主變壓器改造

改造后的主變型號為S11-2000/35。

3.7? ? 廠用電系統改造

（1）廠用變壓器改造。改造后的兩臺廠變型號為S11-M-400/

10.5、S11-M-100/10.5。

（2）備用電源改造。根據電站的廠用設備容量選用1臺150 kW的柴油發電機。

（3）廠用配電屏改造。改造后的低壓配電屏有6面，型號為抽屜MNS型。

3.8? ? 10 kV高壓柜改造

改造后的10 kV高壓柜有11面，該高壓柜滿足五防要求，型號為KYN28A-12。

3.9? ? 升壓開關站改造

升壓開關站維持原場地大小、位置、設計不變，但其戶外設備老化，故障率高，運行維護不方便，需對其進行無油化改造。因設備進行更換改造，其設備基礎也需重新改造。斷路器選擇ZW7-40.5型高壓真空斷路器，隔離開關選擇GW4-40.5D/630型隔離開關，避雷器選擇HY5WZ-51/134型復合絕緣交流無間隙金屬氧化物避雷器，電壓互感器選擇JDZXW-35型戶外環氧樹脂澆注絕緣全封閉式電壓互感器。

3.10? ? 計算機監控及保護系統改造

改造后的計算機監控及保護系統綜合自動化程度應滿足《水力發電廠自動化設計技術規范》（DL/T 5081）的標準要求。

3.11? ? 照明系統改造

改造后增加正常照明及事故照明設備各一套，事故照明由逆變電源提供。

3.12? ? 母線與電纜改造

更換所有電纜，采用阻燃式銅芯電纜;更換戶外所有舊導線，采用LGJ-120導線。

3.13? ? 直流系統改造

更換原有直流電源系統，增加1套直流100 Ah/220 V的直流電源系統。另外，增加1套3 kVA交流逆變電源供全廠計算機系統和事故照明用電。

4 結語

小水電是農村電力供給的主要組成部分，對于促進當地經濟發展發揮著重要作用。由于早期建設的農村小水電普遍存在低效、設備老化、可靠性低等缺陷，對其進行升級改造成為大勢所趨。水電站改造能充分合理利用水力資源，提高發電效率和效益，實現安全穩定運行，對于保障社會公共安全，保障當地用電需要，發展清潔能源，促進經濟社會持續發展具有重要意義。

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收稿日期：2020-03-01

作者簡介：何鎏（1988—），男，江西贛州人，工程師，主要從事水利電力工程設計工作。