淺談小型水電站水輪發電機增效擴容改造設計

孫浩

摘 要：受使用年限的制約，我國很多小型水電站水輪發電機都出現了老化等問題，需要進行增效擴容改造。文章主要針對水輪發電機增效擴容改造的合理選取、電氣主接線及短路電流的計算復核、電氣設備的選擇與布置、接地系統的檢查與修復等方面問題進行了分析，希望通過文章的分析，對相關工作具有一定的參考價值。

關鍵詞：水輪發電機；增效擴容；改造設計

1 水輪發電機增效擴容改造的合理選取

1.1 定子繞組轉子繞組的改造

在進行發電機增效擴容改造時，應考慮這樣的原則，那就是增容后機組轉速保持不變，發電機極對數也是不變的。而要想實現增容，就要改變原定子繞組，增大繞組線規，降低繞組電阻，使繞組電阻發熱總量低于原繞組。絕緣浸漆工藝也是需要改變的部分，需要從B級提高到F級，采用新型的耐壓高、介質損耗低的絕緣材料，降低絕緣厚度，這樣做是為了最大限度的增加線規。

當定子繞組和轉子繞組在F級后，還要控制機組溫度在合理的區間內，各項指標正常，最大限度的保證機組的工作效率。就一般情況而言，設計發電機定轉子繞組時都會有一定的裕量，在機組增容10%～15%的區間里，定轉子繞組變動的可能性是不大的。但當機組增容在一個比較大的幅度時，就應根據實際的增容情況判斷需要的匝數及繞組截面積，再有針對性的改換定子和轉子繞組。增容幅度比較大時，由于機墩受限或其他原因無法和增容后的水輪機出力相一致時，更換定轉子繞組的方法同樣適用。

1.2 通風冷卻系統的改造

發電機的溫度和擴容也會受到通風冷卻系統優良與否的影響。受到科學技術發展水平的制約，我國早期的發電機冷卻器和風機的通風冷卻系統問題還是比較突出的，散熱效果不佳、工作效率低、噪音大都是其中的方面，正因為如此就比較容易出現結垢、銹蝕、堵塞等情況，冷卻會受到阻礙，機組溫度持續增加。所以進行更換是比較好的方法。

自然冷卻或通風管冷卻的方法在一些小型機組中使用比較多，發電機直接與室外相通，環境溫度將直接作用于發電機的溫度。這一點在南方地區表現得比較突出，不工作的機組，發電機艙中可能會混入潮濕空氣或蚊蟲會，很可能造成發電機的絕緣，所以對于那些絕緣性能差的機組，開啟前要先加熱驅潮。電站應采取冷卻器冷卻方式，實踐證明冷卻效果比較好。

1.3 定子鐵心的改造

大量事實證明，故障點在定子鐵心處是很少的，決定其是不是要更換首先進行必要的檢測和判斷。那些工作年限久遠、發生過重大事故的機組應該及時的更換。如果沒必要進行更換的定子鐵心機組，要以擴容條件為基礎，輔助定子繞組的改造，積極優化鐵心設計，改善冷卻條件，重新迭片，還要將那些不合格的格硅鋼片進行及時更換。發電機電磁損耗比較重要的方面就是鐵心損耗。熱軋硅鋼片或有取向冷軋硅鋼片是早期的機組定子鐵心多數會使用的材質，磁滯損耗較大，長時間使用會造成鐵心松動，絕緣老化，渦流損失增加，性能優越的高導磁、低損耗的無取向冷軋硅鋼片是理想的材料。

1.4 推力軸承的改造

工作中的水輪發電機，全部的軸向負荷是由推力軸承來承擔的。水輪發電機能夠持久穩定的運行很大程度上要受到推力軸承工作性能好壞的影響。機組最終容量確定以后，以新的資料為基礎，復核推力軸承的推力負荷，這樣做是為了檢驗推力負荷是否達到了擴容的標準，然后以實際情況為準最終判斷是否要改造推力軸承。巴氏合金瓦是舊有的推力軸承多會采用的材料，它的損耗較大，還有會有發生燒瓦等諸多缺點。就現階段的發展而言，彈性金屬塑料瓦技術已然呈現出良性的發展趨勢，成本上還有一定的優越性，使用率比較高，巴氏合金推力瓦很可能會退出歷史舞臺。不同于巴氏合金瓦，彈性金屬塑料瓦的摩擦系數小、低溫狀態下也能直接啟動，優勢比較明顯，可以在應用的范圍內。

2 電氣主接線及短路電流的計算復核

2.1 電氣主接線

一般情況下工作時間長的電站都是需要改造的對象，但它們的基礎設施比較完備，送出工程及與系統連接地點都是比較明確的，一般是不可改變的，所以已經沒有必要對接入系統有過多的涉及，如果主接線設置合理，就可以保留，以規范和短路電流計算成果為準，進行設備機組容量的復核和選擇即可。有的電站經過多次修改，原有的設計的主接線形式已不復存在，出現了不合理的接線方式，影響安全運行的隱患比較大，應優化主接線方案，還要復核送出線路的輸送容量和電壓降、電站內部電流互感器變比、電氣設備動熱穩定和開斷電流是不是能夠符合增效擴容要求。要保證送出電壓等級和接入系統點不改變，如若不然會增加資金的投入力度，造成浪費。一旦主接線的接線方式或運行方式改變，往往會牽涉出電力系統的計量、保護方式和保護整定值等方面的內容，要保持與電力系統的密切聯系。

2.2 短路電流

舊有的電力系統容量普遍是比較低的，改造中進行了擴大，結構的變化也會產生，在改造的促進下，電氣參數變化也是比較正常的。所以應以現階段或未來一段時間內的電力系統的參數為準，重新復核計算短路電流，進而復核現有電氣設備的開斷能力，或重新選擇電氣設備的型式和參數。在進行機組增效擴容時，老化設備會隨之更換，之所以進行這樣的操作，是因為能夠大幅度提升電站運行的安全可靠性，為企業的經濟效益提供一定的推動力量。

3 電氣設備的選擇與布置

安全可靠、技術先進、維護方便和經濟合理是選擇電氣設備所應該遵循的原則，最為關鍵的還要適合水電站。增效擴容后的參數和短路電流計算結果是電氣設備在選擇上的依據，以便最大限度的保障更換后的電氣設備能夠符合發展的要求。另外設備基礎、支架、房間的尺寸和開關站的位置具有一定的固定性，因此在電氣設備型式的選擇上要將其全面的考慮，盡量利用已有基礎。

4 接地系統的檢查與修復

水電站接地系統在一定程度上能夠對設備和工作人員的安全產生影響。接地電阻值能夠保障電站安全運行的關鍵參數，不僅要最大限度的符合工頻短路電流的標準，滿足雷電沖擊電流也應該特別給予關注，但是我們發現在實際的改造過程中，很多工作人員對這方面往往是一帶而過，沒有當做重點內容來對待。水電站建成和使用的年限比較久遠，對廠房、尾水渠及大壩下方的地下或水下接地網進行改造不是一件容易的事，甚至是不可完成的，這就需要采用改造戶外開關站的接地網和外引增加接地網面積等方式。這里需要強調的一點是要以規范為基準，復核接能和跨步電勢，以便能夠在標準的范圍內。接地網系統比較優良的情況下，可不必進行接地網的改造，只要對一些接觸不好的、裸露在外受到銹蝕的進行修復就可以了。

5 結束語

通過文章的分析使我們能夠充分了解到小型水電站水輪發電機的增效擴容改造是一個比較復雜的系統工程，涉及到眾多方面，需要考慮的問題也很多，應引起重視，改造前要做好充分的準備工作，使各項指標都能達到要求，進而在安全和經濟上都能給予水電站水輪發電機運行上可靠的保證。

參考文獻

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