简析水电站电气改造设计

简析水电站电气改造设计
摘要：本文结合对小型水电站增效扩容改造的电气设计进行分析。

小型水电站
由于建设年代久远，受当时技术水平、经济条件的制约和多年运行、老化的影响，普遍存在机组容量偏小、水库调节能力不足、机组效率差、水能利用效率低等问题。

导致水库处于长期弃水状态，无法充分利用水资源，急需改造。

对已建小型
水电站进行增效扩容改造是系统且复杂的工程，需要细致分析，综合考虑小型水
电站整体效益的提升，尤其要重视优化电气设计，在增效扩容改造中解决电气设
计问题。

基于此，文章对水电站电气设备改造要求、短路电流以及电气主接线以
及水电站计算机监控系统等方面进行简要分析。

关键词：水电站；电气设备；改造要求；主接线；监控系统
早期建成的很多小型水电站均无力凭借自身的积累落实改造升级工作，加上
设备设施日益老化，导致能效逐年衰减。

针对这些老旧的小型水电站实施增效扩
容改造，不但能提高利用水能资源的效率，帮助调整能源结构、实现节能减排，
还能保护河流的自然生态环境，消除公共安全隐患。

在小型水电站增效扩容改造中，其电气系统不仅和水电站增效扩容改造之后的综合效益有关联，而且还对水
电站今后的运行、设备以及人员安全有重要作用，因此做好水电站电气改造设计
具有重要意义。

一、水电站电气设备改造要求的分析
1、严格遵守电气设备改造原则。

相关部门及人员要严格按照国家所制定并实施的《农村水电增效扩容项目电气设备选用指导意见》的相关规定，秉持环保、
节能的设计理念，以少人值守为目标，对小型水电站电气设备实施改造。

在改造
时尽可能不改变水电站既有的主接线型式及其接入电力系统的具体方式，同时不
改变既有的主副厂房总体布置，致力于通过新技术以及高效节能设备，更新高能耗、老旧设备作为改造重点，更新水电站的水轮发电机组、变电设备、交直流系统、综合自动化系统等，最终实现促进小型水电站安全运行、提高综合能效、淘
汰落后设备与技术的目的。

2、科学改造水电站发电机。

针对小型水电站水轮发电机的最简单增效扩容方法就是以维持机座、转速不变以及不变动埋入部件为前提，依据全新设计整体更
换所有的发电机部件，但需要一次性投入较多资金，改造成本增加。

水电站发电
机由较多部件组成，且效率、出力的影响因素也较多，包括发电机定子铁心、转
子绕组、定子绕组、推动轴承、通风冷却装置等，是否有必要整体更新发电机组
就需要综合分析、科学论证。

所以不仅要了解电站实际情况，掌握发电机运行状态，清楚水电站投产时的设计参数、技术水平，还要知道历年来发生的重大事故
以及维修、改造等情况，通过和运行人员共同分析、论证，按照水电站增效扩容
要求，在全面检测中明确针对发电机组是整体更新还是局部改造。

为确保水电站
安全运行，如果需要整体更新发电机，则要依据当下先进的技术做好设计与制造
工作，满足立式机组不改动现有埋件与机墩的要求。

二、水电站电气改造设计中的短路电流复核计算以及电气主接线
1、短路电流。

已建的小型水电站由于当时电力系统只有很小的容量，在几十年的发展之后，电力系统容量大幅增加，结构发生巨大改变，网络也越来越强，
且在改造发电机时会改变电气参数。

所以有必要按照目前的电力系统的参数或改
造之后未来5～10年的电力系统发展规划，重新复核计算短路电流，并按照计算
复核的结果对水电站电气设备开断能力进行复核，或重新确定电气设备的参数、
型式。

在一般条件下，高能耗的、严重老化的、淘汰的设备会随着水电站机组增
效扩容而一起更换，目的是提高水电站运行安全性，同时减少维护工作的量，提
高经济效益，确保更换的电气设备适应电力系统的不断发展，实现安全、稳定、
长期的运行。

2、电气主接线。

既有主接线保持相对的合理性，就可在增效扩容改造中使主
接线维持原有方案不变，只需按照现行规范和短路电流成果，复核机组容量，并
科学选择电气设备。

个别因多次改造而改变既有主接线形式，减少或增加部分设备，改变布置，形成不科学、不合理的主接线方式，导致损耗高、重复容量大、
设备配置不科学、继电保护复杂、设备占地面积大等，或既有的主接线方式已不
再满足电力系统要求。

针对这些情况，要在改造设计中优化比选主接线方案，复
核送出线路输送容量、电压降；复核水电站内部电流互感器变比、开断电流、电
气设备的动热稳定等。

基本的原则就在于不改变送出电压等级、接入系统方式，
避免增加资金投入，造成浪费。

如果改变主接线的运行方式或接线方式，就涉及
到电力系统计量、保护整定值、保护方式调整优化等问题，应和电力系統调度部
门一起协商解决。

三、水电站电气改造设计的计算机监控统升级改造分析
小型水电站改造应采用微机控制自动化系统，结合国内水电机组微机监控系
统的发展趋势，监控系统应按照“无人值班、少人值守”的运行管理模式进行配置。

监控系统选用计算机监控，监控对象为电站水轮发电机组及其辅助设备、升压站
和电站公用设备等。

1.计算机监控系统结构。

水电站计算机监控系统采用符合国际开放系统标准
的分层分布结构。

计算机监控系统分为电站控制级和现地控制单元级两层，采用100Mb/S光纤以太网连接。

电站控制级负责全站电气设备的实时控制及其运行状
态监视，现地控制单元级负责对水轮发电机组、电气一次设备及全站公用设备等
进行实时控制及监视，当电站控制级因故退出运行时，现地控制单元可以独立运
行而不受影响。

计算机监控系统要求能实现与调度、水情测报等系统的通讯。

2.计算监控系统组成。

计算机监控系统由电站控制级和现地控制单元级两层
组成；电站控制级包括主机兼操作员工作站（热备用）、网络终端打印机、GPS
卫星时钟系统和在线式UPS等。

电站控制层负责协调和管理各现地控制单元的工作，收集有关信息并作相应处理和存储，运行人员可通过人机接口对数据库和画
面进行在线修改、人工设定、设置监控状态、修改定制等操作。

现地控制单元以触摸屏和可编程控制器为核心设备组成，包括机组单元LCU、升压站设备单元LCU和公用设备单元LCU等。

3.计算机监控系统的功能。

计算机监控系统主要功能包括：数据采集和处理、安全运行监视、实时控制和调节、事件顺序记录、打印记录、事故追忆、事故处
理指导和恢复操作指导、系统通信、系统自诊断与自恢复、电站运行维护管理、
系统授权管理等。

综上所述，随着科技的进步与时代发展，我国电力系统也在向着智能化、绿
色化发展。

当前许多小型水电站由于受当时技术水平和经济条件的制约，普遍存
在设备设施老化，能效逐年衰减，不仅大量浪费水能资源，影响河流生态环境，
还带来不少安全隐患。

全面推进小型水电站增效扩容改造，不仅能提高水能资源
利用效率，消除公共安全隐患，更有利于促进节能减排，保护河流生态环境。

是
一项投资少、见效快、一举多得、利国惠民的德政工程和民生工程。

参考文献
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