水电站电气新技术与新设备的应用分析

黄旭熙

摘要：随着当前科技水平的不断提高，水电站中电气新技术与新设备的应用也越来越广泛，新技术与新设备在实践运用中充分体现出了其优越性。文章通过对一些新技术新设备的运用进行阐述，为未来水电站新技术新设备的使用提供参考。

关键词：水电站；电气新技术；新设备；应用分析

中图分类号：TV734 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）04-0043-02

通过不断的努力我国水电事业取得了快速的发展，特别是相关电气新技术与新设备的应用大力地推进了我国的水电站建设。

1 水轮发电机的革新及应用

在水轮发电机技术方面经过多年的不懈努力我国实现了重大突破，从最初的0.8MW国产水轮发电机，到三峡水电站单机装机容量700MW的世界最大水轮发电机的投产运行。700MW世界级的水轮发电机代表了我国在该项设备制造领域的顶尖技术优势和实际运用能力，水轮发电机的设计制造涉及到众多的技术指标如电压、功率、短路比、飞轮力矩等，这些技术指标直接影响着电站及其电网的安全稳定性和经济适用性，因此在对这些指标进行设定时必须进行系统地分析研究，我国科研工作人员经过大量的科学论证和试验对大型水轮发电机的参数指标进行了优化设计。发电机的绝缘性要求高，随着技术的发展现在大都是使用F级的绝缘材料取代传统的B级的绝缘材料增强绝缘性，热固性环氧粉云母绝缘具有耐电强度高且介质损耗小的特点相较沥青云母带浸胶绝缘材料有显著的优势。同时在制造生产大型的水轮发电机时更多的将空换位与不完全换位新技术运用到定子线圈中，这样能够有效地降低电机定子线棒的最高温度值也能有效控制股线的温差值，这种控温技术的运用能够极大地提升发电机运行的安全稳定性和绝缘可靠性。很多最新科技成果也被成功地运用到机电的结构中，像电机定子的上支架进行结构设计时将径向力转变成切向力，同时电机定子的机座结构设计成浮动式，电机转子的支架结构设计成园盘式等。在电机推力轴承上通过采用弹性金属塑料瓦，从而大大增强了电机推力轴承在工作中的安全性和可靠性，我国在充分参照国外技术的同时也在不断实现自主技术创新。大中型水轮发电机通常采用的冷却技术包括水冷却法、空气冷却法以及蒸发冷却法等，主要是通过密闭循环空气冷却通风系统来实现，而随着目前发电机单机容量的不断增大要实现大容量发电机的空气冷却需要采用热路法以及三维有限元法等新技术来实现，计算大型水电发电机的通风发热量的程序也进行优化，构建出其通风基础模型保证计算结果的准确性，以便为设计提供可靠的基础数据，到目前已经顺利实现了每10MW6m3的冷却通风量，这一技术已处于世界领先的地位。同时另外两种水轮发电机冷却方法的科研工作进展顺利，相应的研究成果已经运用于实际生产中，特别是蒸发冷却法的运用克服了水冷却的一些不利还满足了高绝缘性及不燃性的要求，该技术通过在具体项目中的运用反映良好，在实践中不断探索和逐步地完善，这些新技术为更大型的水轮发电机的发展提供了技术保障指明了未来发展的方向。

2 水电站自动化技术的应用

当前随着科技水平的不断提高在水电站中的电气自动化新技术被广泛地运用，自动化程度的提高能够极大地减少人工操作所带来的不便，通过自动化技术，能够极大地减少人力的投入，从而使电力资源的生产成本得到大幅度的降低，提高企业的经济效益以及创造良好的社会效益。自动化系统使用计算机、程序化控制器以及专用的智能化设备，依靠网络、总线把主控机和各个控制站、智能化设备等进行连接，形成分布式的综合监测控制系统。自动化技术主要包括系统对水电站进行全面地自动监控与信息存储，通过计算机对水电站设备运转中产生的各项数据自动进行收集并处理，例如对开关量、模拟量等信息进行的监控，系统出现异常时的报警、信息的存储和显示以及SOE点信息的记录与显示等。而对水电站实施自动控制主要表现在通过自动化技术能够依据上级发布的命令并结合电站的实际运行状况，对相关设施进行自动调节控制，比如对机组进行自动停开操作以及在设备运行过程中根据其工作状况进行的自动转换动作，机组功耗负荷的自动调节，自动发电控制（AGC）与自动电压控制（AVC）以及自动断路操作等。同时对发电机、主变电站、输电线路等重要设备设施也进行自动监控和保护，保障系统的安全稳定性。在水电站的运营管理通讯系统建设等中自动化技术都发挥了巨大作用，如设备运行的报表自动生成、各项操作的自动记载，这些有利于对系统问题的排查分析。总之，先进的自动化技术设备为电站系统的高效运行提供了保障，在现代化水电站项目建设中要大力引进和推广自动化电气设备，用先进的计算机技术对电站进行自动化管理和监控，全面实现自动化操作与管理，提高功效和运行的稳定性。

3 变压器中性点小电抗接地技术的运用

我国电站过去很多是采用部分接地形式来对变压器设备中性点进行接地。采用这种接地方式容易有过高的电压在变压器的中性点处出现。这就必须保证中性点处的绝缘性，对绝缘水平提出了较高的要求，使得对中性点实施保护变得较为复杂。同时还会存在某些弧立不进行接地系统，这种形式对电力系统的安全稳定运行带来了巨大的隐患。而将500kV的变压器进行直接的接地也是不可取的，因为还必须满足零序继电保护的实现，不能进行全部的接地。通过大量的研究实验最终我国电力科技工作者成功地攻克了这一多年未解的难题。这一技术是通过将小电抗值依照变压器零序阻抗值的三分之一进行串并联的原理实现的。它的实现过程是两台用小电抗直接接地的变压器零序阻抗，当其中的一台退出运行系统时，另外的一台变为了直接接地的形式，这样做能够保证变压器零序阻抗值不发生变化。这一技术的成功运用成为我国首次运用小电抗接地方式对变压器进行接地。它很好地解决了目前我国电力系统大量运用的零序继电保护，使电力系统的电压水平有效地降低，从而极大地提升了安全性和稳定性，并在实践中得到了广泛地运用，取得了良好的效果。

4 防雷新技术的运用

水电站在布局上较为特殊，一般情况下是在电站主厂房的顶部位置设置塔杆将高压线引出，当出现雷电击打顶部的塔架或者其上部的避雷针时塔架的引流线还没有进入地面就和主厂房的钢砼结构相连接，这样雷击的强电流会通过钢筋网片进行传播，引起较强的冲击电位聚集在接地网上，强大的电流会对设置在厂房内部的设施设备造成不良影响，像发电机、发电机相关的电气设备以及低压设备等都可能引起绝缘问题，针对这一问题通过进行大量的实测研究分析，构建出了一套设备产生反击过电压的方案，并经过理论计算结合相关曲线规律，解决了这一困绕厂房及设施安全的问题，这种水电站防雷设计新技术在众多的水电站得到了运用，实践表明其效果显著运行良好。

在新世纪里随着宜昌三峡水利枢纽工程的投入使用，标志着我国的水电事业步入了又一崭新的时代，科学技术的不断进步给水电事业的发展带来了前所未有的机遇，推动着水电站电气新技术与新设备的不断向前发展，在不远的将来我国的水电站在科技支撑下必将跨上更高的发展道路。

参考文献

[1] 汪洁.浅析小水电站设备更新改造中的新技术运用[J].电力科技，2012，（6）：277.

[2] 刘顺清.水电站自动化技术及其应用的研究[J].科技创新与应用，2012，（12）：35.

[3] 孔秀娟.小型水电站水力发电设备技术改造研究[J].中国科技博览，2013，（25）.