黄云水电站电气设备及其自动化改造设计

摘要：黄云水电站经过近三十年的运行，原电气设备老化，技术落后，安全隐患多，尤其是水资源利用率极低，严重影响了水电站的安全稳定运行。基于此，对该电站的电气设备进行了改造，充分合理利用水力资源，提高了电站发电效率和效益。

关键词：黄云水电站;运行现状;改造内容;小水电

1 工程概况

黄云水电站位于江西省全南县南迳镇黄云村，距县城40 km。该水电站坐落于贡水一级支流桃江的上游，坝址控制流域面积为93.7 km2，水库正常蓄水位为376.0 m，总库容为4 650万m3，是一座以发电为主兼有防洪和养殖等综合效益的中型水利枢纽工程。

改造前，电站装机容量为2×1 250 kW，设有两回35 kV出线，一回接至县城，另一回接至铁厂;设有两回10 kV出线，一回接至厂坝区，另一回供近区用电;有两台型号为S7-2000/35的主变压器。

2 水电站运行现状及存在的问题

黄云水电站机组自20世纪80年代末开始投入运行至今，所用设备基本还是建站时安装的设备，部分器件在运行时出现故障后已经更换过。由于电气设备年久老化，造成水资源利用率及发电能效低，同时大部分电气设备存在较大的安全隐患，主要问题如下：

（1）现发电机型号为SF1250-12/2150，运行了近三十年，线圈电阻不平衡，线圈温度高，直流泄漏大，且绝缘等级低，严重影响了发电机的工作效率。

（2）现励磁系统运行时间已久，设备陈旧老化，经常出现无法建压的问题，调节电阻失控，电压不稳定的情况，由此引起的事故停机使电站水资源利用效率大大降低，严重影响了电站的稳定运行。

（3）现主变压器型号为S7-2000/35。该主变投入运行时间长，目前设备陈旧老化，损耗大。

（4）厂用交流备用电源。现厂用变型号为S7-80/10，该厂用变投入运行时间长，目前设备陈旧老化，损耗大。

（5）10 kV户内高压柜。现户内高压柜采用固定式GG柜型，且该设备无五防监控系统，设备陈旧老化，存在安全隐患。

（6）35 kV户外开关设备。现户外开关设备采用的是油设备，漏油比较严重，运行维护不方便。

（7）低压配电屏。现低压配电设备老化，故障率高，运行维护不方便，应更换为经过3C认证的低压开关设备。

（8）控制及保护系统。现控制及保护系统采用老式的常规型系统，系统设备年久老化，运行状况不稳定，设备精确度、灵敏度太低，不利于机组及相关设备的安全可靠运行。

（9）照明。现照明系统是按20世纪80年代的相关规程规范进行设计、施工，已不能满足现阶段电站的照度要求。

（10）母线与电缆。现电缆随电站运行近三十年，电缆的载流能力下降，出现绝缘老化现象。

3 改造内容

3.1    电气主接线

改造后的水电站装机容量为2×1 400 kW，发电机电压为10.5 kV，设两回35 kV出线、一回10 kV出线。根据电站在电力系统中的作用、装机规模等，按照电气接线清晰明了、技术经济优化的原则对电气主接线进行了多方案比较，最终选择的方案为仍采用原电气主接线方式。

3.2    过电压保护

（1）电站直击雷的保护。在电站主厂房和副厂房房顶设置避雷带保护;在35 kV变电站设置一根独立的避雷针进行保护。

（2）雷电侵入波的过电压保护。电站10 kV电气设备采用在母线上设置氧化锌避雷器的方式进行保护;发电设备的保护，在发电机10.5 kV母线上分别设置一组避雷器。

3.3    接地

本次接地设计是在充分利用原接地网的基础上进行设计，即本次所有改造的电气设备，均需选用50 mm×6 mm镀锌扁钢接入附近的原有主接地网，设备安装完毕后，应对电站整个接地网进行实测复核，使整个接地电阻不大于4 Ω。若达不到4 Ω，应采取引外、深井接地等接地措施降低电阻。

3.4    发电机改造

改造后的发电机型号为SF1400-12/2150。

3.5    励磁系统改造

改造后的励磁采用微机可控硅励磁控制。

3.6    主变压器改造

改造后的主变型号为S11-2000/35。

3.7    厂用电系统改造

（1）厂用变压器改造。改造后的两台厂变型号为S11-M-400/

10.5、S11-M-100/10.5。

（2）备用电源改造。根据电站的厂用设备容量选用1台150 kW的柴油发电机。

（3）厂用配电屏改造。改造后的低压配电屏有6面，型号为抽屉MNS型。

3.8    10 kV高压柜改造

改造后的10 kV高压柜有11面，该高压柜满足五防要求，型号为KYN28A-12。

3.9    升压开关站改造

升压开关站维持原场地大小、位置、设计不变，但其户外设备老化，故障率高，运行维护不方便，需对其进行无油化改造。因设备进行更换改造，其设备基础也需重新改造。断路器选择ZW7-40.5型高压真空断路器，隔离开关选择GW4-40.5D/630型隔离开关，避雷器选择HY5WZ-51/134型复合绝缘交流无间隙金属氧化物避雷器，电压互感器选择JDZXW-35型户外环氧树脂浇注绝缘全封闭式电压互感器。

3.10    计算机监控及保护系统改造

改造后的计算机监控及保护系统综合自动化程度应满足《水力发电厂自动化设计技术规范》（DL/T 5081）的标准要求。

3.11    照明系统改造

改造后增加正常照明及事故照明设备各一套，事故照明由逆变电源提供。

3.12    母线与电缆改造

更换所有电缆，采用阻燃式铜芯电缆;更换户外所有旧导线，采用LGJ-120导线。

3.13    直流系统改造

更换原有直流电源系统，增加1套直流100 Ah/220 V的直流电源系统。另外，增加1套3 kVA交流逆变电源供全厂计算机系统和事故照明用电。

4 結语

小水电是农村电力供给的主要组成部分，对于促进当地经济发展发挥着重要作用。由于早期建设的农村小水电普遍存在低效、设备老化、可靠性低等缺陷，对其进行升级改造成为大势所趋。水电站改造能充分合理利用水力资源，提高发电效率和效益，实现安全稳定运行，对于保障社会公共安全，保障当地用电需要，发展清洁能源，促进经济社会持续发展具有重要意义。

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收稿日期：2020-03-01

作者简介：何鎏（1988—），男，江西赣州人，工程师，主要从事水利电力工程设计工作。