水电站电气一次改造设计探析

韦添耀

摘要：水电站的电气设备在日常的运行中，将遇到一系列的问题。因此对水电站电气进行改造设计，能够有效的保障水电站的长期发展，笔者结合自身经验，对水电站电气一次改造设计进行简单的探析，望能为水电站的发展提供微薄之力。

关键词：水电站；电气；一次改造；设计

水电站的发现原理是将水能通过设备转换为电能。使用水库进行挡水及泄水等处理，当水库内的水流进水电站的引水系统后，通过设备机组的不断运作，进而将水能转换为电能，最后通过电网系统为社会提供电能。本文着重分析水电站电气一次改造的设计。

1.相关概念的介绍

1.1设备电气的接线

对于电气的接线通常分为一次接线与二次接线。水电站的主接线主要是指发电机、变压器、断路器、电流互感器、隔离开关、母线及线路之间的正常连接，进而保证了正常的电力生产、转换及运输等工作。一次接线是水电站的主体，它能够直接的体现和影响水电站的经济指标、技术水平等，以水电站电气系统所产生的效益为设计原则，并将动能的性质、周边水文条件、建设规模、当前地形的运输条件、接入电气系统的相关设计及整体布线等进行充分的考虑。

1.2接线的形式分类

电气一次接线通常应结合水电站及电力系统的实际情况来确定。通常10至110千伏的接线形式主要采取无汇母流线的接线方式及有汇母流线的接线方式，无汇母流线的接线方式主要包括多角度接线、变压器单元接线及桥形接线等，而有汇母流线的接线方式主要包括单母线、中母线分段、双母线及旁路开关等。

1.3主变压器与发电机

主变压器与发电机的科学连接主要有以下三种方式：单元接线、扩大型单元接线以及联合单元接线等。通常为了有效的控制发电机的连线出口安全，可将断路器安装在其出口接线上。为了防止发电机在强电环境中作业不被烧坏，应将变压器接地进而发电机接地，将发电机与变压器之间采取离相封闭母线等进行有效联接[1]。

2.水电站电气改造的必要条件分析

随着水电站的不断运营，电气设备及相关附属器械都将逐渐陈旧老化，进而不能完全保证发电的效益、安全发电以及供电的持续可靠性。对此应进行水电站电气的改造，而进行水电站电气改造前，应对改造的必要性进行调查，存在以下几个方面的，则应及时进行改造：一是，个别水电站采取的分期建设，投入的主变压器的型号、性能及容量均存在较大的差异，无法满足实际运行要求；二是常用的油断路器，随着使用年限的增加，或日常运行中出现短路等，以致设备老化、变形及漏油严重的情况严重，且与之配套使用的相关操作系统，往往是电磁式，进而随着使用年限的增加其可靠性降低，且配件落伍难以购买；三是母线在满载流量或过载流量下进行工作，其可靠性低，且稳定性差；四是通常情况下使用单母线接线的方式进行主变高及低压侧的接线，而断路器没有正确的在主变低压进行安装，以致可靠性不强且不便操作，电能损耗较大；五是配电装置型号混搭，存在严重的浪费连接电缆的情况，是水电站的正常运行及维修带来了不便。总之，改善设备老化的情况即是水电站电气改造的主要目的，进而有效的提高水电站的发电可靠性，增强水电站的整体效益，加强蓄水库的调节性能等。

3.水电站电气一次改造的基本原则分析

水电站点的电气改造应严格根据相关规程进行实现，应充分将水电站的情况进行考虑，进而有效控制项目工期，并以最低的成本投入获取最好的经济效益。

3.1合理可行性原则

进行水电站的电气改造时，往往受到一些不可变更或不宜变更的条件制约，进行电气改造应充分考虑水电站的具体情况，进行科学的设计，另外设计方案应保证符合国家相关标准。

3.2科学技术性原则

在合理可行的基础上，采取新型技术、机械设备及新型材料等对水电站的不足进行有效的弥补。

3.3经济性原则

在进行电气改造时，对于一次性投资的电气设备如断路器及隔离开关等应尽量节约配设，尽量做到主接线简要；主变压器的选择应符合经济合理，不建议增大电能损失，切实保障电气系统能够安全可靠的运行，使得年发电量得到显著提升，提高经济效益，对于特殊情况可特殊处理[2]。

4.水电站电气一次改造的内容分析

科学的水电站电气一次改造其设计包含以下几个方面：一是讨论与修改原先主接线方案；二是结合新设计的主接线方案进行引接厂用电和调节接线方式；三是计算短路电流，小型水电站的技改往往不会发生太多的变动；四是选择合理的且符合原有电气设备条件的新型替代品；五是进行高压开关柜的配置接线改造；六是设计屋内外配电装置布设图进行改造等。与一次改造相关的电气二次改造、通信、照明、给排水等进行改造，除了二次改造外，其他只需进行适当的改造。

4.1改造电气主接线的优势体现

对水电站进行电气改造后，能够有效的提升安全运行与灵活操作等，并可采用多种不同运行方式，具有良好的投切速度，适用性强，具有良好的经济效益。

4.2厂用电的科学设计

结合水电站的实际情况，科学的选择适合的厂用变压器，厂用变压器应具备良好的保护外壳、降温风扇及温控设备，且应满足自起动压降与单台容量满足最大负荷。另外，应具有自动投入设备与备用电源，进而使设备能够正常运行，有效提高运行的安全性及可靠性。

4.3重要一次设备的选择标准分析

4.3.1主变压器的选择

水电站中的多个主变压器应具有相同的容量、抗阻百分数等，进而可实现并列运行。使用新型材料与新工艺、新结构设计等制作主变压器，能够有效的将空载损耗及短路损耗进行控制。若原有变压器的容量满足改造要求，则可使用相关技术，将其改造成为节能变压器。

4.3.2高压开关设备的更替

将没有“五防”设施的固定式开关柜进行淘汰，选用XGN-10等新型的开关柜，新型开关柜具有可靠性强、体积小等优势，然而造价较高。使用真空断路器代替少油断路器，选用新型隔离开关，并设置“五防”装置。在方案的選择上应倾向于经济合理的方案，也降低了土建的工作量。

4.3.3低压交流、直流电源设备的更换

对于厂用的配电盘、变出线断路器及母线连接断路器等，应选择合适的型号，并在主厂房及副厂房、电缆层、安装间、尾水闸门室、高位油箱室及中控室等处准确设置检修配电线及动力配电箱等，进而有效的对相关设备的正常运行及动力用电检修进行控制，另外采用合适的断路器作为配电箱的进线与分接之间的控制开关。

在以往的水电站中，主要使用铅酸蓄电池组设计成直流电源，其弊端在于占地面积大。在进行电气改造时，则可选择科学的免维修式蓄电池柜进行代替，进而满足水电站对于事故照明以及合闸控制的相关要求。在普通水电站的电气改造工作中，工作的重点一般是集中在设备改造方面以及主接线改造，总体来说要基本保证水电站的大致路线、电线结构走向不发生变化，而且不应当对水电站内的照明设施、电压保护措施及接地设置做出太多的改动。尽量多利用适合标准要求的氧化锌性避雷装置来替换以前使用的阀型避雷装置，这是因为氧化锌型避雷装置占用面积小、保护性能强、放电时间短还有使用周期更长[3]。

5.结语

综上所述，对水电站进行技术及设施改造工作，具有较大的必要性和较好的经济效益。在改造工作中，要遵循上述多项原则，利用新型技术、新型设施对原有的不符合现有情况的老旧设施和技术进行替换，这样可以大幅提升水电站设备的运作性能，同时减少了故障概率，尽可能地减少了安全隐患，大量减少了设备检测维修资金，增加了使用寿命，为水电站的运营带来了极大的好处。

参考文献：

[1]李新萍.水电站电气一次改造设计研究[J].科技与企业，2013，08：115+118.

[2]包晓晖，柯慕岚.澎水水电站电气一次改造设计与分析[J].水电站设计，2012，01：39-41.

[3]周逸萍.越南嘉兴水电站电气一次设计[A].广西水力发电工程学会.南方十三省（区、市）水力发电工程学会联络会暨学术交流会论文集[C]，2009：5.