小型水电站增效扩容电气设计问题分析.docx

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小型水电站增效扩容电气设计问题分析

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摘要：随着经济发展水平不断提高，科学技术也在不断进度，促使我国小型水电站建设具有良好的资金和技术保障，甚至小型水电站已经成为我国区域的支柱型产业，对于促进区域经济发展有着积极影响。但是对我国早期建设的小型水电站运行进行深入调查发现，其中存在着较多不良问题。目前许多小型水电站机电设备老化，可靠性降低，水轮机、发电机运行年份较久，电站效率较低，存在安全隐患，部分电气设备额定容量不足以满足最大运行方式下电能送出。但是不能忽视的是我国小型水电站还具备较大的发展潜力，对小型水电站中增效扩容电气设计问题进行研究是具有现实意义的，下面就对相关内容进行详细阐述。

关键词：小型水电站；增效扩容；电气设计

1水轮发电机增效扩容改造的合理选取

1.1发电机及其附属设备改造

水轮发电机增效扩容最简单办法就是保障机座、转速及其相关埋入部件的不变，对其进行全新的设计与整体更换。但是在实践中，此种操作方式的一次性投资相对较大，对于资金与社会公共资源造成了极大的浪费。因为发电机自身的部件相对较多，其对于整体效率以及出力的影响因素也相对较多，其中发电机的定子铁心与绕组、转子绕组与相关通风冷却装置、推动轴承等都会对其产生一定的影响。对此，能否对发电机组进行整体更换要对其进行综合的评判与论证。要根据现场环境对发电机的具体运行状况进行分析，对于其投产时候相关电站的设计参数与具体的技术水平等进行系统的分析，同时了解其遭受的相关事故、变故以及改造与维修等状况，通过与专业的运行人员共同探究分析，基于实际的增效扩容需求，通过全面检测的形式对于机组的改造模式进行确定。要想保障水电站的整体运行安全，在对发电机进行整体更换的时候，要根据先进的科学技术对其进行系统的设计。

1.2对其定子绕组和转子绕组的相关改造

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。

定子绕组和转子绕组改为F级绝缘后，仍控制机组温升在B级绝缘水平允许的极限温度内，各项电气安全指标达到设计要求，以保证机组安全可靠运行。通过改造，一般能使发电机在额定条件下增加出力15%~25%。

由于发电机定转子绕组设计制造时均留有一定的裕量，一般在机组增容10%~15%的范围内，定转子绕组可不做变动。如果机组增容幅度较大时，应根据扩容幅度的大小，通过计算确定需要的匝数及绕组截面积，更换定子绕组和转子绕组。

在水轮机增容幅度较大的情况下，由于机墩受限或其他原因不能与增容后的水轮机出力相匹配时，也可以采取更换定转子绕组附加提高机组功率因数的方式来解决。

1.3定子铁心的优化与改造

定子铁心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。我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心。经检验和论证不需要更换定子铁心的机组，应根据扩容条件，配合定子绕组的改造，改进铁心结构，优化铁心设计，改善冷却条件，重新迭片，更换部分不合格硅钢片。铁心损耗是发电机电磁损耗的主要部分之一。投产较早的机组定子铁心大多采用热轧硅钢片或有取向冷轧硅钢片，磁滞损耗较大，加之多年运行后铁心松动，绝缘老化，涡流损失增加，在更换时应选用性能优越的高导磁、低损耗的无取向冷轧硅钢片，可使发电机效率进一步提高。

2电气主接线及相关短路电流的复核

2.1电气主接线

水电站送出工程与系统连接点已经基本确定，对接入电力系统方式进行变更的可能性较低，不需要在对小型水电站的接入可行性进行论证，所以只要前期设计主接线较为合理，就不需要在对主接线方案进行更改，只需要遵循相关规范，对机组容量进行审核，调整更新相关的设备就可以了。因为一些小型水电站运行已有不少年头，电站的部分电气设备陈旧，部分设备技术状态不良，低于国家标准要求，存在安全运行隐患，电站效益得不到正常发挥，因此大部分电气设备需更新。根据相关规范规定，按照“节能、环保的设计理念，少人值守的目标”对电站的电气设备进行改造。不改变既有厂房电气设备布置方式，改造内容以采用新技术、高效节能设备对既有落后、高耗能设备更新为重点，对变电设备、部分高低压电气设备进行更新，以达到提高综合能效，促进安全运行，淘汰落后技术和设备的目的。

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