馮家山一級水電站增效擴容改造電氣設計

摘 要：馮家山一級水電站現存的電氣一次設備老化嚴重、二次設備智能自動化水平較低，嚴重影響了電站的安全穩定運行，文章在對這些問題進行分析的基礎上，對電站增效擴容改造內容及電氣設備選型等內容進行了深入探討。

關鍵詞：馮家山；水電站；增效擴容；電氣改造

中圖分類號：TV74 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）21-0005-02

1 工程概況

馮家山水庫是以灌溉為主，兼顧防洪、發電、供水、養殖等綜合利用的大（2）型水利工程。水庫樞紐工程位于寶雞市陳倉區橋鎮鄉馮家山村下的千河河谷中。水庫設計庫容4.13億m3，調節庫容2.86億m3，防洪庫容0.92億m3，死庫容0.91億m3，水庫控制流域面積3 232 km2，設計灌溉農田136萬畝。工程樞紐主要由攔河大壩、泄洪洞、溢洪洞、非常溢洪道、輸水洞、電站工程等建筑物組成。主要建筑物為2級，次要建筑物為3級。

2 電站電氣一二次的現狀

2.1 電氣一次現狀

2.1.1 主變壓器及水輪發電機

變壓器型號：SJL1-3150 kVA/35/6.3 kV；額定容量：3 150 kVA；接線組別：Y，d-11；阻抗電壓：7.0%；功率因數：0.8。

水輪發電機機組型號：TSL 260/42-24；額定容量：1 250 kW；額定電壓：6.3 kV；額定電流：143.2 A；功率因數：0.8；額定轉速：250 r/min；效率：93.5%。

2.1.2 發配變電設備現狀

馮家山水庫一級水電站安裝TSL260/42-24水輪發電機兩臺，采用手動準同期方式進行并網運行。發電機母線電壓為6.3 kV，通過一組TMY—80×10硬母線引至戶外1B主變壓器，同時用ZLQ21-10/50電纜送至2B主變壓器。該站從壩區124回路溢洪洞進口變壓器（250 kVA）低壓側取得電作為廠用電常用電源，另外在35 kV母線側加裝一臺容量為80 kVA變壓器作為廠用電備用電源。選用BZGN-1-20/220型鎳鎘蓄電池屏作為直流電源，同時用作全站的控制保護電源。選用兩臺KYN-10-06（D）高壓柜作為發電機出線控制柜；電壓互感器柜型號為KYN-10-44，兩臺主變6.3 kV側進線柜型號為KYN-10-14（D）和KYN-10-04，另外還有一臺連接一、二級站的6.3 kV母線聯絡柜KYN-10-06（D）。35 kV出線斷路器為DW8-35/600型。該站高低壓開關柜及配電設備大部分為淘汰產品，并且已超過電氣設備的使用壽命年限，應予以更換。

2.1.3 電站廠用電

水電站廠用電采用380/220 V三相四線制供電系統，單母線接線。

2.2 繼電保護現狀

2.2.1 繼電保護配置

馮家山水庫一級水電站水輪發電機組、變壓器、線路繼電保護，經現場查看，主要包括：

①水輪發電機：縱差保護、低電壓閉鎖過電流、過電壓、失磁、過負荷、轉子一點接地等。

②主變壓器：縱差保護、復合電壓過電流、瓦斯、溫度保護、過負荷、過勵磁、零序保護。

③輸電線路：限時電流閉鎖電壓速斷；后備保護；過電流等。

2.2.2 同期直流勵磁系統

同期裝置為手動準同期，操控繁雜。直流電源為鎘鎳蓄電池，蓄電池漏液嚴重、維護復雜，且配件不易購置。勵磁系統采用直流勵磁機勵磁，勵磁方式落后、能耗大，使用以后故障較多、并網困難，影響機組安全運行。

3 增效擴容改造內容及電氣設備選擇

3.1 增效擴容改造內容

結合馮家山水庫一級水電站電氣設備存在的問題，設計對水輪發電機，勵磁系統，電氣一、二次設備進行改造，并提高電站的綜合自動化程度。改造只改造兩臺機組（1#、2#），具體包括以下幾方面：

①根據水輪機出力，選擇更換原水輪發電機。

②電站的高壓開關柜進行更換改造。

③低壓配電屏及動力控制箱更換改造。

④電站的綜合自動化系統（機組控制、開關控制，機組、線路、變壓器保護）更換改造。

⑤電站直流電源系統更換改造。

⑥電站勵磁系統更換改造。

⑦電站調速器控制系統更換改造。

3.2 電氣設備選擇

3.2.1 發電機選擇

改造后發電機的性能符合國家標準GB/T 7894-2001《水輪發電機基本技術條件》、GB/T 755-2000《旋轉電機定額和性能》等相關標準的規定。

改造后發電機主要參數：型號SF-K 1250-20/2600；額定功率1 250 kW；額定電壓6 300 V；額定電流143.2 A；額定轉速300 r/min；效率96.0%；頻率50 Hz；功率因數0.8。

3.2.2 主接線方式的確定

馮家山渠首一級站主接線采用單母線接線方式，其中包括二級水電站并入接線。

在二級電站改造時已經把1B主變壓器及35 kV側電氣全部更換，此次只對一級站0.4 kV和6.3 kV電氣設備和10 kV變壓器（容量為1 600 kVA）進行改造。

3.2.3 電站廠用電

電站廠用電采用380/220 V三相四線制供電系統，備用廠用電電源接自壩區124回路溢洪洞進口變壓器低壓側，常用廠用電電源接自35 kV廠用電低壓側母線（與二級站共用），廠用變壓器容量為200 kVA（備用變壓器同時考慮二級站）互為冷備用，提高了水電站廠用電的可靠性。

3.2.4 直流系統改造

電站直流電源現采用老式BZGN-1系統鎘鎳蓄電池屏，蓄電池存在漏液嚴重、維護復雜等問題。蓄電池爬堿嚴重，接線端子大部分銹蝕。對電站直流電源必須更換改造，改造采用先進的微機高頻開關免維護直流電源裝置，裝置型號為GZDW，電池容量為100 Ah。

3.2.5 變電站改造

改造變電站的接線方案維持原接線形式不變，鑒于變電站大部分電氣設備年久老化，絕緣強度降低，事故率高，并且變壓器屬高耗能產品，故改造更換變電站所有電氣設備，內容包括：主變壓器、廠用變壓器。

2B主變：S11-1 600 kVA/10.5±2.5%/6.3 kV。

阻抗電壓：6.5%；結線組別：Y，d11。

10 kV隔離開關：型號GW9-12/200-6.3 kA；額定電壓12 kV；額定電流200 A；額定開斷電流0.2 kA；額定峰值耐受電流6.3 kA。避雷器：型號HY5WZ-17/51；額定電壓51 kV；殘壓134 kV。

發電機出線開關柜：型號KYN28-12-04。

①真空斷路器：型號VBG-12/630-25 kA；額定電壓12 kV；額定電流630 A；額定開斷電流25 kA；額定峰值耐受電流50 kA。

②電流互感器：型號LZZBJ9-10；額定電流比200/5 A；準確度級0.5/10P10。

6.3 kV母線PT柜：型號為ETY-J/X-7.2 kV。

①電壓互感器：型號JDZJKX-12；額定電壓6 kV；額定電壓比：6.3//0.1//0.1/3 kV。

②高壓熔斷器RN2-12/0.5A。

③避雷器：型號EAT-5D-8/600；額定電壓8 kV；殘壓26.2 kV。

開關柜，選用三臺型號為KYN28-12-58的開關柜。

①真空斷路器：型號VBG-12/630-25 kA；額定電壓12 kV；額定電流630 A；額定開斷電流25 kA；額定峰值耐受電流50 kA。

②電流互感器：型號LZZBJ9-10；額定電流比200/5 A；準確度級：0.5/10P10。

發電機出口引線電纜的選擇：按最大長期工作電流選用YJV型電纜，電壓等級10 kV，按經濟電流密度選擇電纜截面為3×150 mm2。

廠用電配電箱柜：電站原低壓配電屏為開敞式結構，柜內開關、母線裸露安裝、操作安全性差，裝置外殼、二次接線端子銹蝕嚴重，故障多、不能進行正常運行。根據電站實際，設計選用GGD2型交流低壓配電屏和XL-21型低壓配電箱。

3.2.6 控制、保護、同期

考慮該水電站屬于小型水電站，設計采用全套微機測量、控制、保護設備，實現機組與閘門控制自動化；其計算機監控系統作為上位機，實現與遠程監控中心之間的數據傳輸、故障錄波、運行記錄等。

①全廠監控系統。

采用計算機監控系統為主，簡化常規為輔的模式。監控系統采用分層分布式全開放系統，便于系統的擴展。監控系統由廠級計算機層和現地控制單元組成，現地控制級有LCU，執行對應于機組，開關站、公用設備等的實時監控。LCU即作為全廠監控系統的現地控制層，向電廠上級上行發送采集和各種數據、事件信息，接受電廠級的下行命令對設備進行監控，在上位機或網絡故障時又能獨立工作。

②繼電保護。

采用微機保護，繼電保護裝置配置為：

發電機：縱差保護；復合電壓過電流保護；定子過電壓保護；定子過負荷保護；發電機轉子一點接地保護；發電機定子單相接地保護；水機保護。主變壓器：縱差保護；復合電壓/過電流保護；低壓側過電壓保護；重瓦斯保護；輕瓦斯保護；油溫升高保護。35 kV線路：過電流保護；單相接地保護。

③同期。

馮家山水庫一級水電站選用自動準同期和手動準同期，同期點設在發電機6 kV出線真空斷路器處。微機自動準同期作為正常同期方式，手動準同期作為備用同期方式，全站設一套手動準同期裝置。

4 結 語

馮家山一級水電站建于1992年，由于技術條件和設備條件等原因，電氣設備現存老化嚴重、機組效率不高、自動化程度低、能耗高等問題，水力資源沒有得到充分利用，嚴重制約電站效益的正常發揮。通過合理計算分析，優選先進智能的電氣設備和繼電保護裝置，有效地提高了電站電氣設備運行的安全可靠性和節能經濟性。

參考文獻：

[1] 西北水利水電建筑勘測設計院.馮家山一級水電站增效擴容改造項目初步設計[R].2012.

[2] 王連慶.對小型水電站電氣一次主接線形式改造的初步探討[J].紅水河，2014，（3）.