眉縣萬家塬水電站電氣設備技術改造淺論

雷娟（陜西省渭南市洛惠渠管理局陜西渭南715100）

眉縣萬家塬水電站電氣設備技術改造淺論

雷娟
（陜西省渭南市洛惠渠管理局陜西渭南715100）

眉縣萬家塬水電站建于上個世紀90年代，原機組設備技術落后、配置標準低，自動化水平低，經過多年運行，電氣設備老化嚴重，安全隱患日益突出，嚴重影響了電站安全穩定高效的運行。文章在對這些問題分析的基礎上，提出了對電站電氣設備改造的技術措施和對策，提高了電站的安全生產能力和自動化水平。

萬家塬水電站；電氣設備；技術改造

1　工程概況

萬家塬水電站位于眉縣橫渠鎮萬家塬村境內。距橫渠鎮約12km，距眉縣縣城約40km。萬家塬水電站是石頭河水庫西安供水渠道上建設第三級水電站，也是寶雞市農村初級電氣化縣建設的重點電源項目之一。始建于1997年10月，1998年12月28日并網發電。原電站設計水頭22.2m；最大水頭24.7m；最小水頭21.7m；發電引用流量5.76m3/s。電站安裝3臺同型號混流式水輪發電機組，單機容量為320kW，總容量為960kW。實際多年平均發電量435萬kW·h，年利用小時數4531h。主接線采用單母線接線，經一臺變壓器和一條10kV線路送出。主要建筑物為引水渠道，前池，壓力管道，主廠房，副廠房，尾水渠，室外變電站及宿辦樓等。發電電能通過12km輸電線路并入眉縣青化供電所。工程規模為小（2）型工程，工程等別為V等，主要建筑物為5級。

2　電站技術改造的原因及必要性

由于電站建于20世紀90年代，由于當時的條件不足、技術水平落后，生產出來的設備普遍存在質量差、精度低、設備兼容性低等問題；機組自動化程度較低，且許多部件的零配件在市場上已買不到，電站經過多年的連續運行，機電設備部分老化失修、強度降低、故障率增高，相當一部分電氣設備屬淘汰產品，設備隱患多，電站運行的安全性、效率、可靠性低，電站經濟效益不高。因此，進行技術更新改造，對增加電站安全性，提高經濟效益具有重要的意義。

3　電站電氣設備的現狀

3.16.3kV高壓柜

電站現使用的10kV GG-1A型高壓開關柜，為我國五十年代從國外引進技術生產的無“五防”設計的高壓開關柜，該柜型為固定式高壓開關柜，柜內開關采用SN-10系列少油斷路器，柜頂母線裸露安裝，無“五防”設計要求，容易造成誤操作。目前，電力行業要求淘汰該產品。

3.2低壓配電屏及動力控制箱

電站0.4kV低壓配電裝置由PGL-1型低壓配電屏組成，該屏為開敞式結構，屏體不封閉、防塵、防火性能差、安全防護等級低，柜內開關、母線裸露安裝、操作安全性差，目前為電力行業明確規定的淘汰產品，該配電裝置外殼、二次接線端子銹蝕嚴重，故障多、影響正常運行。

3.3綜合自動化系統

電站當年建設時期正處在國家計劃經濟向市場經濟過度，由于資金、技術等原因，電站自動化設備選擇的水平較低，控制、保護等設備主要由老式的繼電器來完成，電站在十年來的運行中，經常出現保護誤動、使天關跳閘而引起機組停機，保護、控制等設備損壞嚴重，設備的可靠性大大降低，近一段時間以來，其故障較多影響機組安全運行。老式的電磁繼電控制設備，目前國內沒幾個廠家生產了，訂貨已經很困難，今后的設備維修備品更是難買到。由于電站自動化水平低、設備可靠性差，頻繁跳閘對電網的沖擊大、威脅機組安全，電力部門每一次安全檢查，都要下發整改通知。

3.4直流電源系統

電站無直流電源系統，保護、操作電源為交流電源，可靠性差。

3.5勵磁系統

要使發電機安全和穩定的運行，發電機勵磁系統的性能是關健，電站現采用自復激可控硅勵磁方式，此方式故障較多、并網困難，影響機組安全運行。

3.6調速器控制系統

萬家塬水電站不參與調頻，現調速器型號為TT-300，隨機組配套。該調速器僅作用于正常開、停機、調節正常有功負荷以及事故停機，純手動操作。其結構簡單、無油壓裝置，兼容性能差，如果與可控硅勵磁裝置配合，在事故停機時發電機開關跳閘聯動跳滅磁開關，發電機失壓，調速器就失去操作電源而無法關機，常造成飛車事故。

4　電氣設備改造

4.1電氣設備改造內容

結合萬家塬水電站電氣設備存在的問題，對電氣設備進行改造，并提高電站的綜合自動化程度，具體改造包括以下幾個方面：

①電站的10kV GG-1A型無“五防”設計的高壓開關柜進行更換改造；

②低壓配電屏及動力控制箱進行更換改造；

③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）進行更換改造；

④增加電站直流電源系統；

⑤電站勵磁系統進行更換改造；

⑥電站調速器控制系統進行更換改造。

4.2電氣設備選型

4.2.110kV高壓開關柜

根據電站具體情況，對電站10kV GG-1A型開關柜改造，采用更換改造的辦法，選用目前電力行業廣泛使用的XGN-10型固定式高壓開關柜，該開關柜設計的機械閉鎖裝置，采用“五防”設計，內裝ZN28A-10Z型真空斷路器，安全性高、操作靈活方便，且柜體寬度、深度、高度與原開關柜相同，可利用原有土建基礎，大大節省了工程投資。

高壓開關柜內的主要設備型式：

真空斷路器ZN28A-10Z，操作機構為彈簧操作機構；電流互感器LZZJ-10；電壓互感器JDZJ—6；氧化鋅避雷器HY5WZ1—10/27x2；帶電顯示裝置GSN—10；溫濕度控制器WSK-H（TH）。

整柜參數如下：

額定電壓10kV，額定電流1000A，最大工作持續電流1000A，頻率50Hz，絕緣水平：

①工頻耐壓42kV；

②沖擊耐壓75kV；

③動穩定電流63kA；

④熱穩定電流和持續時間25kA/4s。

4.2.2低壓配電屏及動力控制箱

對電站0.4kV低壓配電屏更換改造設計選用GGD型交流低壓配電屏，原動力控制箱改造更換為XL-21型動力控制箱。該屏是按照現代工業產品選型設計的要求，采用黃金分割比的方法設計柜體和各部分的分割尺寸，使整柜美觀、大方，面目一新，具有安全、經濟、合理、可靠、分斷能力高，動熱穩定性好，電氣方案靈活，防護等級高等特點。且柜體寬度、深度、高度與原開關柜基本相同，可利用原有土建基礎，大大節省了工程投資。

4.2.3綜合自動化系統

對電站綜合自動化采用更換改造的辦法，設計選用目前水電行業普遍選用的先進的、可靠的、有成功經驗的水電站微機綜合自動化（水電站計算機監控）設備。

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4臺LCU，分別執行對應于三臺機組，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。因此在系統總體功能分配上，數據采集和控制操作的主要功能均由LCU完成。

4.2.4直流電源系統

對電站直流電源采用目前先進的智能高頻開關免維護直流電源裝置。選用的型式為高頻單充電機電池單母線直流系統，型號為-220V/100AH，電池容量為100AH。

直流系統主要由高頻開關充電裝置，饋電、控制、絕緣監測、母線調壓、電池及微機監控等裝置組成。

4.2.5勵磁系統

對電站勵磁系統采用更換改造的辦法，設計選用現代微機勵磁裝置，該裝置除了可維持電壓恒定和無功調節外，還可維持電力系統穩定。微機勵磁系統是以微機為核心，輔以大規模集成電路而組成的新型勵磁調節裝置，該系統采有模塊化設計，具有功能齊全，軟件豐富，硬件電路少，結構簡單，易于擴展，維護方便，通用性強，可靠性高等優點。

勵磁系統采用微機型雙通道自并激晶閘管靜止勵磁系統，它是由勵磁變壓器、功率整流裝置、滅磁裝置、轉子過電壓保護、微機勵磁調節器、起勵裝置、勵磁控制保護裝置、變送器及儀表等部分組成。

4.2.6調速器控制系統

對電站調速器采用更換改造的辦法，設計選用高油壓微機調速器，其主要特點為：高油壓、體積小、簡單、可靠。本改造方案能保證水輪發電機組在空載時轉速穩定，在機組并網后能保證機組負荷穩定，并且各項性能指標滿足國家標準的要求。

調速器電氣部分采用高可靠性進口可編程；電液轉換部件采用高壓數字閥。壓油裝置壓油罐采用氣囊式蓄能器，油壓為16MPa。

5　結語

眉縣萬家塬水電站電氣設備的技術改造，效果顯著，各部分設備具有自動化運行水平，通過優選先進智能的電氣設備，電站在運行的3年里，無任何的電氣設備事故發生，有效提高了電站運行的安全可靠性和經濟效益。陜西水利

（責任編輯：暢妮）

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