小型水电站改造电气设计研究
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Ｑ ｗ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｏ ｄｕ ｃ ｔ ｓ
工 业 技 术
小型水电站改造电气设计研究
梁 芳 （ 广 州 市水 务规 划 勘 测设 计研 究 院 ，广 东 广 州 ５ １ ０ ６ ４ ０ ） 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 ： Ｔ Ｖ ７ ４ 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 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
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 人 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 、 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 出电压等级和接人系统点
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 人 部 件 不 动 的情 况下 ， 按 照 全新 的 设计 整 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 。 ｌ － 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
工 业 技 术
小型水电站改造电气设计研究
梁 芳 （ 广 州 市水 务规 划 勘 测设 计研 究 院 ，广 东 广 州 ５ １ ０ ６ ４ ０ ） 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 ： Ｔ Ｖ ７ ４ 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 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
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 人 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 、 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 出电压等级和接人系统点
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 人 部 件 不 动 的情 况下 ， 按 照 全新 的 设计 整 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 。 ｌ － 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