普定水电站增容改造工程电气一次设计

黎家海，陈丹燕

(1.普定水电站，贵州 普定 562100；2.中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081)

1 电站概况

普定水电站位于乌江上游南源贵州省普定县三岔河中游，距贵阳市125 km。水库正常蓄水位1 145 m，总库容4.21亿m3，为不完全年调节水库。原总装机容量75 MW，共装设3台25 MW立轴混流式水轮发电机组，年平均发电量3.16亿kW·h。电站于1989年12月开工建设，1993年11月开始蓄水，1994年5月第一台机组发电。投产至今已运行了24 a，多数设备已到经济运行年限。同时，受当时设计、制造条件的限制，设备及其配套设施较差，电站运行过程中出现了一系列的问题。为此，2015年6月业主对电站机组进行了增容改造，改造后总装机容量为87 MW，共装设3台单机容量29 MW的立轴混流水轮发电机组。

2 电气主接线

普定水电站发电机电压侧接线采用发变组单元接线，110 kV侧采用单母线分段接线，35 kV侧采用单母线分段接线；1、3号三绕组变压器35 kV中压出线经两段35 kV母线、通过四回35 kV出线引出，在发电机出口装设专用真空型发电机出口断路器。发电机中性点采用经避雷器的接地方式。双绕组变压器110 kV侧中性点设置有放电间隙和避雷器，三绕组变压器高压中性点设置有放电间隙和避雷器，中压侧中性点采用经避雷器的接地方式(见图1)。

3 增容改造的必要性与目标

3.1 改造的必要性

(1)发电机定子线圈绝缘等级低，为B级绝缘。

(2)发电机出口开关及开关柜故障多，备品备件难以采购。

(3)发电机出口母线为铝母排套热缩管，投运至今未进行更换，接头温度高、绝缘老化严重。

(4)主变压器损耗大，绝缘老化严重，存在不同程度渗漏；主变压器设计方案不合理，瓦斯继电器、压力释放阀预试时不能按规程规定校验，通风冷却效果差。

(5)厂用变压器损耗大，不符合当下国家节能降耗要求。

(6)电缆桥架多处由于老化及电缆布置较多而损坏严重。

3.2 改造的目标

工程电气一次主要改造范围为：水轮发电机、发电机母线、主变压器、干式变压器、坝区0.4 kV开关柜、电缆桥架等。

4 改造内容

4.1 发电机的改造

普定水电站机组技术改造的主要目的除了技术更新、消除老化设备、提高机组运行稳定性外，另一个目的是增加机组的额定出力，提高电站发电效益。根据论证分析，确定全厂3台水轮发电机组以技术改造为主，适当增容；水轮机额定出力由25.64 MW增大到29.78 MW，发电机额定容量由25 MW增容到29 MW，机组额定转速由原来的187.5 r/min增加到200 r/min。根据本电站现有发电机参数，结合目前新建电站参数水平，确定电站发电机额定电压仍为10.5 kV。发电机原绝缘等级为B/B级，等级太低，不符合目前发电机技术水平，改造后绝缘等级为F/F级(见表1)。

图1电气主接线示意

表1改造前后水轮发电机组的主要技术参数对比

改造前改造后型 号SF25—14/3330SF—J29—30/5900额定有功功率/MW2529额定电压/kV10.510.5额定电流/A1 7181 876额定转速/(r·min-1)187.5200绝缘等级B级F级

4.2 主变压器

主变压器更换或改造原因：

(1)机组改造增容的需要。水轮发电机已增容，发电机额定容量为29 MW，在主接线不变的情况下，相匹配的主变压器额定容量为35 000 kVA(原主变压器容量31 500 kVA)。

(2)主变压器安全运行的需要。普定电站主变压器已运行23 a，已接近主变压器25 a的安全运行年限。

(3)节能降耗的需要。普定电站主变压器型号为8系列产品，根据国家节能降耗相关规程规范和贵州省2010年版《110 kV变电所标准化设计》，均要求新建或改造项目的主变压器型号采用节能产品，主变型号要求10系列以上。

主变压器能耗的高低直接影响生产成本，且长时间运行下由于损耗导致的能量浪费非常巨大。所以为了响应国家节能政策和电站的长期发展，采用新型低能耗变压器势在必行(见表2)。

4.3 厂用变压器

厂用变压器更换或改造原因：为了满足变压器安全运行的需要，电站厂用变压器已运行多年，原变压器采用的是油浸式变压器；改造后的厂用变压器采用新型低能耗非晶合金变压器(见表3～表5)。

表2改造前后主变压器的主要技术参数对比

改造前改造后型号SFLF—31500/110SS35000/110S35000/110额定容量/MVA31.53535额定电压/kV121±2×2.5%/10.5 kV121±2×2.5%/38.5±2×2.5%/10.5 kV121±2×2.5%/10.5 kV联结组标号YN,d11YNyn0d11Ynd11冷却方式油浸水冷自冷自冷空载损耗/kW34.5≤24.1≤143.1负载损耗/kW145≤147.1≤122.8

表3改造前后隔离变压器的主要技术参数对比

改造前改造后型号S7—1250/10.5SCB13—1250/10.5额定容量/kVA1 2501 250额定电压10.5±2×2.5%/10.5 kV10.5±2×2.5%/10.5 kV联结组标号Y,Y12Y,Y12空载损耗/kW≤2.2≤1.26负载损耗/kW≤13.8≤8.72绝缘等级F级F级

表4改造前后厂区变压器的主要技术参数对比

改造前改造后型号SC—500/10.5SCBH15—630/10.5额定容量/kVA500630额定电压10.5±4×2.5%/0.4 kV10.5±2×2.5%/0.4 kV联结组标号D,yn11D,yn11空载损耗/kW≤1.73≤0.41负载损耗/kW≤5≤5.26绝缘等级F级H级

表5改造前后坝区变压器的主要技术参数对比

改造前改造后型号SC—200/10.5SCBH15—250/10.5额定容量/kVA200250额定电压10.5±4×2.5%/0.4 kV10.5±4×2.5%/0.4 kV联结组标号D,yn11D,yn11空载损耗/kW≤0.9≤0.23负载损耗/kW≤2.5≤2.46绝缘等级F级H级

5 电缆桥架的改造

原电缆桥架存在安装不规范、电缆线外露、电缆桥架设计偏小、无防火隔板等现象，经与电站运行维护人员协调，根据现场实地考察，特对本工程制定了改造方案。

电缆桥架采用钢制电缆桥架(钢制外壳内装无机防火槽盒、防火护罩)，电缆吊架的设计应充分考虑电缆检修、维护及电缆串层要求。垂直靠墙安装的电缆桥架采用复合托盘式竖井桥架(钢制外壳内装无机防火槽盒、防火护罩)，电缆沟内壁架采用装配型托臂。电缆桥架内的无机防火槽盒为一次成型，防火槽盒与电缆桥架嵌装，其规格与电缆桥架配套并在制造厂与电缆桥架一起装配。对原来在安装过程没有设置防火隔板的部分桥架进行了增设防火隔板的措施，电缆有外露的地方增加了电缆桥架宽度及深度，并且对现场凌乱的电缆进行了规整。对之前支吊架设置不合理的地方重新规划并且补装。改造后的电缆桥架采用热镀锌表面处理，较原来更美观耐用。

6 结 语

普定水电站进行提效增容改造是电站经济运行现实性的要求，同时也符合电站正常更新规律。通过对陈旧设备的改造，增加了机组容量和水库的调节能力，顺应国家节能降耗要求。采用性能优良的主变压器、厂用变压器等性能指标优的设备，延长了设备的检修周期、减少了检修费用且设备安全性大幅度提高。截至目前，电站首台改造机组已顺利投产，第二台改造机组已完成充水前的准备工作，较好地达到了改造前的预期目标。

参考文献：

[1] 水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册：电气一次[M].北京:水利电力出版社,1982.

[2] 顾四行.小型水电站技术改造应注意的几个问题[J].水利水电工程设计,2012，31(1)：23_24.

[3] 陈晓健.浙江省农村水电增效扩容改造试点项目管理探讨[J].中国农村水利水电,2013(4):118_120.