小型水电站改造电气设计研究

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1、小型水电站改造电气设计研究摘要：小型水电站属于清洁能源，在倡导环境保护的今天，小型水电站已经成为我国电力系统的重要组成部分。但是，对于小型水电站中的水轮发电机和电气设备的选型设计却没有得到足够的重视，这会给水电站的运行安全造成严重威胁。本文就小型水电站的电气设备改造设计进行了详细研究，旨在为小型水电站电气设备的改造设计提供参考。关键词：小型水电站；改造电气设计；电气设备中图分类号：TV74文献标识码：A小型水电站是我国的电力系统的重要组成部分，其具有投资小、建设周期短、见效快等特点。但是因为多方面的原因，大量的老式小型水电站电气设备已经开始老化，并且能效也逐年降低，因此有必要对此类

2、小型水电站进行电气设备的改造更新。小型水电站的改造是一个复杂且系统的过程，我们要经过缜密地分析才能制定改造方案，对小型水电站的改造要有足够的重视。1水轮发电机增效扩容改造的合理选取增效扩容的水电站大多建于上世纪，由于当时材料、工艺、技术和设计水平的限制，设备经过几十年的运行后，出现发电机绝缘老化、温升高、定子铁心松动、效率下降等问题，影响电站的安全运行。但各个电站由于运行管理水平和生产厂家的技术不同，出现的问题也各不相同，因此需要认真分析，找出主要原因”对症下药”。1.1发电机的整体更新水轮发电机增效扩容最简单的方法是在维持机座不变、转速不变、埋入部件不动的情况下，按照全新的设计整

3、体更换（发电机所有部件），但其一次性投资大，既浪费资金，也浪费公共资源。1.2定子绕组转子绕组的改造在发电机增效扩容改造中，要求增容后机组转速保持不变，因此发电机极对数也维持不变。要达到增容的目的，对原定子绕组必须进行改变，增大绕组线规，降低绕组电阻，使绕组电阻发热总量不高于原绕组。同时改变绝缘浸漆工艺，将B级绝缘等级提高到F级，采用新型的耐压高、介质损耗低的绝缘材料，减薄绝缘厚度，为增大线规腾出空间。1.3通风冷却系统的改造发电机通风冷却系统的好坏，对发电机温升和扩容也有较大的影响。早期的发电机冷却器和风机由于受当时技术水平的限制，通风冷却系统存在不少弊病，散热效果差、效率低、噪

4、音大，长期运行后会在冷却器内部发生结垢、锈蚀、堵塞等现象，使冷却效果进一步下降，机组温升上升。1.4定子铁芯的改造定子铁芯出现故障的几率比较少，其是否更换应进行检测和分析判断。笔者认为对运行年限达到报废年限或有严重缺陷、发生过重大事故、直接影响机组安全可靠运行的机组应予以更换，并建议采用新材料的定子铁芯。经检验和论证不需要更换定子铁芯的机组，应根据扩容条件，配合定子绕组的改造，改进铁芯结构，优化铁芯设计，改善冷却条件，重新迭片，更换部分不合格硅钢片。1.5推力轴承及其它改造在水轮发电机运行时，推力轴承承受全部的轴向负荷。推力轴承工作性能的好坏，会直接影响水轮发电机能否长期、安全稳定

5、运行。在确定了机组最终容量后，根据新的资料需要复核推力轴承的推力负荷，确定推力负荷能否满足扩容的要求，并根据运行情况综合分析是否需要对推力轴承进行更换或改造。2电气主接线及短路电流的计算复核2.1电气主接线进行增效扩容改造的电站均已运行多年，送出工程及与系统连接地点已经确定，变动的可能性不大，对电站的接入系统不必再进行论证，所以只要现有主接线相对合理，在增效扩容改造中可维持原主接线方案不变，只需根据现行规范和短路电流计算成果，对机组容量进行复核和选择设备即可。对个别电站由于多次修改，改变了原设计的主接线形式,增加或减少了部分设备，改变了布置，形成现有不合理的接线方式，造成重复容量大

6、、损耗高、继电保护复杂、设备配置不合理等，或现有接线方式不适应目前电力系统要求，对这种情况应在设计过程中对主接线方案进行优化比选，同时复核送出线路的输送容量和电压降是否满足增效扩容的要求，复核电站内部电流互感器变比、电气设备动、热稳定和开断电流等能否满足要求。基本原则是送出电压等级和接入系统点不改变，否则投入资金会相应增加比较多，浪费比较严重。如果改变了主接线的接线方式或运行方式，涉及到电力系统的计量、保护方式和保护整定值等问题，需要与电力系统调度部门共同协商。2.2短路电流早期投入的水电站当时电力系统容量较小，经过几十年的发展，电力系统的容量大为增加，结构也有很大的变化，网络在不

7、断加强，同时由于发电机的改造，电气参数也会发生变化。因此，有必要根据目前电力系统的参数，或今后5〜10年电力系统发展规划和改造后机组的参数，对短路电流进行重新复核计算。依据复核计算结果来复核现有电气设备的开断能力，或重新选择电气设备的型式和参数。一般情况下,严重老化设备、高耗能设备和淘汰设备会随着机组增效扩容一起进行更换，以提高电站运行的安全性，减少维护工作量,增加电站经济效益，保证新更新的电气设备能适应电力系统的发展和长期安全稳定运行。3电气设备的选择与布置1995