水电站增效扩容电气设计问题分析

2020-01-08李旭东

湖北农机化 2020年20期

李旭东

(齐齐哈尔工程学院，黑龙江齐齐哈尔 161005)

1 要对水轮发电机的增效扩容的改造进行合理地选取

1.1 水轮发电机的增效扩容概述

在我国需要进行增效扩容的水电站，一般多建设于20世纪90年代乃至于更加久远。由于20世纪的技术限制，其水电站的建设与施工的方法和技术工艺、在建设中所使用的工程材料，以及水电站设计理论的水平与施工的说明等方面的落后。与此同时，水电站经历了几十年的风雨考验和不间断地运行，相关电气设备必然会出现运行时温度升高、绝缘老化、螺丝松动、效率降低等问题，影响了水电站的稳定运行，运转效率较低。与此同时，不同的电站，运行的管理方式和水平、生产厂家的技术也各异，从而导致出现问题的类型和程度也是不同的，因此需要具体问题具体分析，对症下药，找出问题点并合理解决和完善。

1.2 整体更新发动机

最简单水轮发电机增效扩容的方法就是整体更换发动机，即在保证不变的基座、不变的转速、不改动埋入的部件的条件下，通过完全不同的设计对水轮发电机的整个机体进行更换，也就是针对发动机的所有零部件来进行。但是这种更换的方法相对来说，一次性的投资比较大，浪费了资金，也导致了公共资源的浪费。

在发动机中，其构成的部件很多，都会影响到效率和出力。因此，影响最终输出结果的影响因素有很多，比如：定子绕组、钉子铁心、冷却通风的装置、推动轴承转子绕组等等。综上所述，是否对整个发动机机组进行更换，需要综合分析和整体考量，在水电站现场勘查电气设备的实际运转情况，对设备投入使用阶段的各项参数进行检查核对，对设备相关技术和维护问题做到清晰了解，考察近几年来所发生的重要事故、维修过的、改造过的情况等，与相关的运行人员深入了解情况，一起讨论和论证修改设计方案。根据增容扩效的具体要求，通过全面地考察检测和讨论分析论证以后，再作出决定。为了保证发电站的整体运行安全，要按照科学的规定和设计制造要求，满足水电站电气设备立式机组的机墩和不改动埋件的要求。

1.3 改造定子绕组和转子绕组

在发动机增容扩效的改造方法之中，要求进行增容后机组的转速保持不变。也就是说，一定要提高绕组线规，同时减小绕组电阻，使得绕组电阻发热的总量不能大于原来的绕组。与此同时，改变绝缘浸漆的工艺，将绝缘等级从B级提升至F级，绝缘材料要选用耐高压，介质损耗较低的材料，绝缘厚度减小，为增大线规提供足够的空间。

绝缘级别的改造主要针对转子绕组和定子绕组方面进行，机组绝缘水平至少要控制在B级以上，要保证电气设备和绝缘温度控制在极限范围内，要保证电气设备各项参数指标处于合理的范围内，设计要符合水电站的科学要求，保证机组的安全和可靠性。经过科学的改造，水电站发电机在额定的条件下可以增加出力，增加比例大约在15%～25%左右。

水电站发电机系统设计中要注意发电机定子和转子的绕组设计，要保证留有一定的余量，发电机组增容要控制在20%左右，定转子绕组不需要做特别大的变化。水电站发电机组如果根据实际需要增容，要根据扩容的幅度合理地计算，计算出需要的匝数和绕组截面面积，才能更换定子绕组和转子绕组。

1.4 改造通风冷却的系统

发电机的通风冷却系统是否好用，直接影响着发动机的温升和扩容问题。发电机冷却系统的设计水平受技术发展的影响，通风冷却的系统存在很多的问题，例如冷却系统运转时噪声较大，工作效率较低，冷却效果较差等等，且冷却设备长期运转之后会产生腐蚀的问题，且长期使用会积聚灰尘，导致污垢聚集使设备管道发生堵塞，散热系统性能降低，发电机运转温度较高，会导致电气设备发生故障。因此，在这样的情形下，应该要及时更换冷却系统或通风装置，根据机发电机组扩容容量设计冷却系统。

2 计算与复核电气主接线和短路电流

2.1 电气主接线

水电站如果运行了很多年，需要根据实际进行增效扩容的处理，要结合具体的改造工程确定系统连接的地点，提前做好电气主接线的连接方案设计。要对水电电气设备接入系统进行检查，保证主接线连接方式合理科学，那么在增效扩容的方案中就不需要进行特别大的改动。对于个别经过多次修改的电站来讲，改变了其原本设计的主接线的形式，增加了或者是减少了部分的设备，现有的接线方式当中有不适应现在电力系统的要求，就需要优化主接线连接方式，对水电站输送容量和电压进行复核，要确定增效扩容是否满足实际需求，保证电气设备开端电流的稳定性。

电气设备中主接线的连接原则是，保证送出的电压等级和接入系统点相对应，避免造成资源浪费和投资资金过多，要结合实际用电需求确定主接线的接线方式，保证其运行的效果，合理设计电力系统的保护方式和保护定值。

2.2 短路电流

目前，部分水电站增加了容量，电气系统结构也进行了科学地更改，网络进行了优化和升级，发电机参数也发生了变化，要结合目前的电力系统具体参数和指标，对实际使用的水电站发电机组系统进行分析和研究，复核和估算短路的电流，对水电站电气设备开端能力进行评估，要选择符合参数和类型需求的电气设备，如果电气设备出现老化，耗能较高的话需要及时更换设备，要保证设备的安全性和稳定性，提高水电站的效益。水电站的接地装置要科学安全，因为这是取决于安全生产和生命安全的重要问题。在水电站的用电安全中要注意接地电阻的合理设计问题。要同时注意各类短路问题涉及的接地电阻设计问题。