淺析水力發電廠電氣設備系統改造技術

韓云

（貴州 貴陽 550000）

淺析水力發電廠電氣設備系統改造技術

韓云

（貴州 貴陽 550000）

電氣設備系統改造對于水力發電廠具有重大的意義，不但能夠確保電氣設備安全、高效的運行，而且還能夠實現水力發電廠經濟利益的最大化。本文通過對實際案例，分析了水力發電廠電氣設備系統存在的問題及其改造升級的必要性，同時從電氣綜合保護系統、計算機監測與控制系統以及高低壓開關設備等方面分析了水力發電廠電氣設備系統改造技術。

水力發電廠；電氣設備系統；改造技術

引言

電力能源對于我國經濟建設的發展與進步具有十分重要的影響，在保證國民經濟可持續發展方面具有不可替代的作用。同時，科學合理的電氣設備系統設計對水力發電廠具有重要的影響，因此，需要全面做好水力發電廠電氣設備系統的升級改造工作。筆者結合實踐經驗和實際案例分析，就水力發電廠電氣設備系統改造技術進行初步的分析與探究。

1 案例概況

某水力發電廠于1996年5月份開工，1998年7月下閘蓄水，并于同年9月開始運營發電。設計庫容為3400m3，總裝機容量為2.5×10MW，年平均發電量約為5100kW/h。近些年來，隨著科學技術的快速發展，多數電氣設備已經非常落后，嚴重的影響了發電成的經濟效益。因此，該電廠計劃對相關電氣設備進行技術改造和升級，實現設備自動化，以創造更好的經濟效益。

2 水力發電廠電氣設備系統的現狀

該水力發電廠運行時間較長，電氣設備面臨著老化、安全性差、技術性能低等各種問題，這不但已經嚴重影響了水利發電廠的正常運行，而且也阻礙了當地居民生活、生產活動以及經濟發展等。該水力發電廠電氣設備的主要問題表現為：①控制系統陳舊、老化，安全性差，同時由于技術落后致使控制系統不能正常運行，有時會出現小事故。②機組LCU采用工控機，其PLC產品較為落后，與最新控制設備之間的問題較大，同時導致多數功能受限。③與機組配套使用的部分自動化元件使用時間較長，其控制性能差、安全系數低。④電氣設備保護系統比較落后，系統功能不完善，尤其是系統外殼防護等級技術非常落后，應當及時進行淘汰更新。

3 水力發電廠電氣設備系統改造的必要性

對于某些水力發電廠而言，電氣設備改造工作必須引起高度重視，這在很大程度上影響著當地居民的正常生活和生產活動。水力發電廠電氣設備系統改造的必要性主要表現兩個方面：

（1）水力發電廠能夠對地經濟建設發展過程中的影響非常明顯，如果水利發電廠停止運營，不但會給當地造成巨大的經濟損失，而且還會嚴重影響著當地居民的正常生活和生產活動，同時其后續影響也難以準確估量。因此，水力發電廠設備系統的改造升級已經是勢在必行。

（2）隨著科學技術的快速發展，越來越多的高新技術被廣泛應用于水力發電廠，例如，水電站計算機監控系統和保護技術等綜合自動化技術在部分中小型水電站實現了較為普遍的應用，且取得了良好的效果。高新技術成功的投入到中小型水電站，不但實現了“無人值班”的目標，而且還極大程度的提高了水電站的安全系數和可靠性，同時也成功實現了水電站電力系統調度自動化要求的遙測功能、遙信功能、遙調功能以及遙控功能。同時，隨著科學技術的不斷發展，綜合自動化技術在中小型水電站中已經實現了普遍使用。這些最新技術設備能夠在在多個廠家買到，具有性能強、可靠性高、性價比高等有點，一方面能夠滿足水利發電廠電氣設備綜合自動化改造的技術要求，一方面還能夠解決其“五防”、開關柜產品的外殼防護等級高等問題。

總而言之，該水利發電廠電氣設備系統改造工作應當即可進行。

4 水力發電廠電氣設備系統的改造升級

根據該水力發電廠電氣設備控制系統性能差、設備陳舊、安全性差以及防護等級技術落后等現狀，重點對電氣綜合保護系統、計算機監測與控制系統以及高低壓開關設備等方面進行升級改造。

4.1 計算機監測與控制系統改造

該水電站由于建造年代較早，原有的計算機監控系統非常落后，且相應的技術和設備已經被淘汰。因此，本次改造的計算機監控系統采用全分層分布形式，分為發電廠監控層、現地控制層兩層，且監控層與控制層之間采用100MB以太網總線，構建可靠性極強的雙冗余結構。發電廠控制層是水力發電廠的實時監控中心，其主要功能是負責發電廠的自動化功能、采集和處理來自現地控制層的數據、監視全站設備運行、事故和故障報警、人工干預運行設備、修改和設置監控系統各種參數、與現地控制層和發電廠管理以及水情測報系統之間的通信。現地控制層共設置3套控制單元（LCU），包括 2套機組（LCU）、1套升壓站、公用設備（LCU），其中機組（LCU）布置于主廠房發電機層機組旁邊，升壓站和公用設備（LCU）布置于中控室。改造后的計算機監控系統主站、升壓站及公用LCU屏布置與中控室，機組（LCU）屏布置與主廠房運行層機組旁邊，LCU屏布置有測量發電機電流、電壓、有用功以及電能等參數的變送器和多功能電測儀表。

經改造，現有的計算機監控系統技術先進、安全系數高以及經濟性高，不但實現了水電廠AGC、遠方開停機以及負荷調整等目標，符合了監控系統調度的自動化要求，而且還成功實現了機組間負荷分配的最優化，從而提高了其安全性、穩定性、經濟性及水能利用率。

4.2 電氣綜合保護系統

電氣綜合保護系統改造應當以實現全微機保護為目標。該發電廠原發電機的保護屏、主變保護屏、常用變壓器保護回路均為繼電器保護裝置，應當全部進行更新；原35kV線路保護為90年代國產早期保護裝置，由于通信接口不一致、備件困難等，將其一起列為改造對象。

改造后的發電廠元件均使用技術先進、安全系數高、可靠性強的微機元件保護裝置，且這些保護裝置具備與計算機監控系統通信接口的功能。電氣設備微機保護系統主要包括發電機保護系統、35kV主變壓器保護系統、35kV線路保護系統以及6kV廠用變壓器保護系統。其中，35kV線路保護系統應當根據電力系統的要求來配置，本次改造使用的保護裝置為南瑞RCS系列新一代線路保護裝置。微機保護系統主要由四面屏組成，布置與中控室。發電廠的發電機各設置1面保護屏，屏內配置有全套微機保護裝置以及斷路器操作繼電器箱；主變壓器設置1面保護屏，屏內配置有35kV雙圈變壓器微機保護裝置和斷路器操作繼電器箱；二回35kV線路保護設置1面保護屏；6kV廠用變微機保護裝置布置于主變保護屏上。

4.3 電氣設備布置

主控樓位置和樓外通道根據發電廠所處地區的地形、地貌等條件來設置。主控樓建筑主體結構、通道設置以及室內設備布置等均按照相關規程、規范、防火要求以及建筑功能要求等進行合理的設計。110kV配電裝置采用戶外集中式進行布置，而35kV配電裝置采用屋內開敞式進行布置，且布置于單獨的35kV配電裝置樓。

4.4 高低壓開關柜設備的改造

將該發電廠原有的8臺GBC-35型35kV開關柜全部淘汰，改換升級為KYN型開關柜，其具有技術先進、安全系數高、可靠性強等優點。上述兩種柜型的設備配置、外形尺寸不符，因此，改造后的35kV開關柜共有11臺。同時，鑒于樓板原有的開孔位置，KYN型開關柜底部出線孔應當盡可能利用原有的樓板開孔，因此，在高低壓開關柜設備改造過程中，有針對性的對開關柜布置位置進行了設計。5kV開關柜選擇使用KYN-40.5柜型，其主要特點包括：①柜體采用抗腐蝕性極強的敷鋁鋅板雙重折彎成型，由螺栓和拉鉚螺母連接而成，整個柜體無焊接；②由于柜體采用了復合絕緣結構、空氣絕緣結構以及最佳電場設計，其結構緊致、占地小；③具備“五防”連鎖機構和可靠的閉鎖裝置，可以避免錯誤操作，確保設備安全以及人身安全，操作簡單，可靠性強；④柜體內部配置有新型全絕緣真空斷路器，其手車進出操作便捷。

5 結語

水力發電廠在城市社會以及整個國家的經濟發展、社會穩定以及各種生產活動等方面具有極為重要的作用。因此，相關部門必須充分重視水力發電廠電氣設備系統的的改造升級，切實提高發電廠電氣設備系統的技術水平，確保發電廠能夠與時俱進，逐步實現電氣設備系統自動化，為電氣設備系統的安全、高效運行以及發電廠的經濟利益最大化提供保障。本文結合實際案例，分析了發電廠電氣設備系統的現狀及其改造的重要意義，并通過分析和研究確定了本次改造的重點對象，以期能夠為其他發電廠電氣設備系統的改造升級提供理論依據。

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[3]吳永波.淺析變電站電氣設備改造設計[J].中國新技術新產品，2012（8）：103～104.

TV734

A

1004-7344（2016）18-0224-02

2016-6-1

韓 云（1983-），男，仡佬族，貴州遵義人，助理工程師，本科，主要從事工作和研究方向是水電廠電力技術方面。