浅析小型水电站增效扩容改造中电气设计的几个问题

摘 要：已建小型水电站往往存在机组容量偏小、水库调节能力不足的问题，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。接下来就从小型水电站的机电设备、短路电流及电气主接线、综合自动化系统这三个方面分析并解决其增效扩容改造中的电气设计问题，提高水电站能效。

关键词：小型水电站；增效扩容；电气设计；改造

国内有异常丰富的小型水电站资源，但在各方面因素的影响下，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，不断提高小型水电站的管理水平与技术水平，效果跟建设大型水电站相当，且周期短、费用低、见效快，是利国利民的工程。因此，分析并解决小型水电站增效扩容改造中的电气设计问题就成为一项重要课题，亟待研究。

1小型水电站机电设备增效扩容改造

1.1遵守机电设备改造原则

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机电设备选用指导意见》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。在改造时不改变水电站运营既有主接线的方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布置电气设备的方式，致力于通过新技术以及高效节能设备，将更新既有的高能耗、落后设备作为改造重点，更新水电站的发电机、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。

1.2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，不过需要一次性投入较多资源，浪费资金、资源。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。所以要到现场了解详细的情况，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，在全面的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[1]。

2复核计算短路电流以及电气主接线

2.1短路电流

早期建成的小型水电站，由于当时电力系统只有很小的容量，所以在几十年的发展之后，电力系统容量大幅增加，结构发生巨大的改变，网络也越来越强，且在改造发电机时会改变电气参数。所以有必要按照当下的电力系统的参数或改造之后的、未来5～10年的电力系统发展规划的发电机组参数，重新复核计算短路电流，并按照计算复核的结果对水电站既有电气设备拥有的开断能力进行复核，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。

2.2电气主接线

经过增效扩容改造的小型水电站都已经运行多年，已经确定了送出工程、和系统的连接点，变动可能性较小，不必再一次论证水电站接入系统，只要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计算短路电流的成果，复核机组的容量，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，复核送出路线输送容量、电压降，看其符合增效扩容需要与否；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满足要求与否。基本的原则就在于不改变送出电压等级、接入系统的点，避免增加资金投入，避免浪费[2]。如果改变主接线的运行方式或接线方式，就涉及到计量电力系统、保护整定值、保护方式等问题，应和电力系统调度部门一起协商解决。

3升级改造水电站的综合自动化系统

3.1直流系统

直流系统的直流电源盘选择免维护的、全密封的、全自动的铅酸蓄电池成套装置，且盘由微机监控高频开关整流装置、负荷电压补偿装置、电压监视装置、均衡充电回路以及绝缘监察装置等共同组成。整套装置的管理都实施微机智能化，同时适当提供备用模块。直流盘的充模块就选择N+1的备用方式，自动进行退出故障模块、检测工作状态等工作，具有自动充电蓄电池的功能、短路可靠保护的功能、自动调压的功能等，还有交流失电后再恢复供电时，则具备自动软启动运行功能，可使电池组进行自动补充充电。

3.2集控中心

集控中心系统设计与设备的制造、安装、验收、调试等均要严格遵守不低于国家与国际标准化组织给出的标准、规范的原则[3]。设置于集控中心内部的控制站、设置在各个水电站的被控站以及远动通道共同构成集中调度控制系统，该系统对被控水电站设施具有遥控、遥测以及遥信的功能，还能监视现场运行环境的安全性、进行模拟培训、实时打印操作记录、统计报表以及故障信息等功能。针对系统的硬件总体结构而言，该系统选择全开放分层分布系统结构，功能分层中的单元层可独立基本功能，缩小设备故障影响范围，对各设备减轻负担有利，能使系统保持可靠性、可用性，方便检修维护、更换设备。如果选择可靠性高的通讯设备、速度快的通讯网络，系统就能选择总线式的通讯结构，直接让总线的各个节点上网，保证系统在交换信息方面具有更高的可靠性、实时性。

3.3微机监控系统

经过改造，微机监控系统的控制功能应能通过视频图像对小型水电站进行实时监控、报警、回放以及剪切、存储，同时能切换任意单幅、4幅、16幅视频画面，能召唤显示任意一个被控的水电站，能随着遥控命令随动切换；针对显示图像可实施放大、缩小的操作，并调整其焦距；具有实时显示及处理视频的功能；系统要设置历史数据库、实时数据库的管理系统，以便管理在线运行数据、历史数据；具有在线维护修改应用软件的功能，能在线修改、定义并编辑各种用户的画面、数据等，真正优化综合自动化系统，达到增效扩容的目的。

4结语

在小型水电站增效扩容改造中，对于更换发电机组、改造电气设备、升级综合自动化系统等电气设计问题要予以同样的重视，这不仅和水电站增效扩容改造之后的综合效益有关联，且还对水电站今后的运行及设备、人员安全有重要作用。目前，国内还有很多需要改造的小型水电站，通过增效扩容技术改造能更好地发挥水电站的经济效益，保证水电站安全运行。

参考文献：

[1]孙浩.浅谈小型水电站水轮发电机增效扩容改造设计[J].科技创新与应用，2015（11）：126.

[2]叶永，牟玉池.农村水电站增效扩容改造设计探讨[J].中国农村水利水电，2016（07）：184-186.

[3]卢庆飞.势江水电站增效扩容改造方案设计与效益分析[J].企业科技与发展，2016（06）：143-147.