寧安石頭發(fā)電廠電氣一次設(shè)備改造設(shè)計(jì)方案

李 達(dá)，葉江南

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

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寧安石頭發(fā)電廠電氣一次設(shè)備改造設(shè)計(jì)方案

李 達(dá)，葉江南

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

石頭發(fā)電增效擴(kuò)容改造工程立足于電廠原有的基礎(chǔ)設(shè)施條件,既考慮實(shí)際需要,又考慮技術(shù)和資金上的可行性。改善發(fā)電廠運(yùn)行環(huán)境，提高發(fā)電廠運(yùn)行管理水平，保證發(fā)電廠的安全生產(chǎn)。本次電站改造小機(jī)組采用了新型的控制保護(hù)一體化屏，簡化了機(jī)組接線，提高了機(jī)組的可靠性及安全性。為以后的小水電改造提供了經(jīng)驗(yàn)。

增效擴(kuò)容改造；控制保護(hù)屏；電氣設(shè)備；設(shè)計(jì)方案

0 前 言

小水電增效擴(kuò)容改造工程是以促進(jìn)水能資源合理利用，維護(hù)河流健康、提高綜合能效為目標(biāo)，保證小型水電站的安全。改造內(nèi)容應(yīng)以機(jī)電設(shè)備更新改造為重點(diǎn)，并對影響發(fā)電效益、工程安全、河道生態(tài)和運(yùn)行環(huán)境的擋水、泄水、引水、廠房等建筑物、金屬結(jié)構(gòu)及送出工程等進(jìn)行必要的改造。黑龍江省于2012年初啟動(dòng)了小水電增效擴(kuò)容改造項(xiàng)目。石頭發(fā)電廠裝設(shè)2臺2500kW的大機(jī)組，出口電壓6.3kV；12臺320kW小機(jī)組，出口電壓0.4kV。電站雖然總裝機(jī)不大，但裝機(jī)臺數(shù)多且電壓等級多，既有6.3kV高壓電機(jī)，又有0.4kV低壓電機(jī)，在黑龍江省小水電增效擴(kuò)容改造中是比較具有代表性的電站。

1 電站概況

石頭發(fā)電廠地處牡丹江干流寧安市境內(nèi)，鏡泊湖下游55.6 km處。石頭發(fā)電廠是由平安水輪泵站改建而成，平安水輪泵站始建于1968年，1976年開始改建，1979小機(jī)并網(wǎng)，1981年底大機(jī)并網(wǎng)。寧安石頭發(fā)電廠裝設(shè)14臺發(fā)電機(jī)組，其中單機(jī)功率2500 kW發(fā)電機(jī)組2臺，出口電壓6.3kV；單機(jī)功率200kW發(fā)電機(jī)組12臺，出口電壓0.4kV。電站總裝機(jī)容量7.4MW，多年平均發(fā)電量2600萬kWh，多年平均利用小時(shí)3560h。其中2臺大機(jī)組采用單母線分段接線，母線通過4面聯(lián)絡(luò)柜互相連接，高壓側(cè)采用變壓器—線路組接線，經(jīng)1臺SL1—6300/35型雙繞組變壓器升壓至35kV。12臺小機(jī)組采用單母線分段接線，兩段母線經(jīng)聯(lián)絡(luò)柜連接后經(jīng)1臺S7-4200/35型雙繞組變壓器升壓至35kV。石頭發(fā)電廠35kV母線側(cè)采用單母線接線，以單回35kV輸電線路接入石平線，輸電距離6.0km。

2 電氣設(shè)備存在問題

石頭發(fā)電廠地處高寒地區(qū)，機(jī)電設(shè)備受嚴(yán)寒、溫度變化及雨雪天氣影響大，且經(jīng)過多年運(yùn)行部分機(jī)電設(shè)備陳舊老化嚴(yán)重，許多設(shè)備的性能參數(shù)指標(biāo)已達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，耗能高、效率低，使電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行受到嚴(yán)重威脅。電廠在系統(tǒng)中的作用難以發(fā)揮，其經(jīng)濟(jì)效益受到嚴(yán)重影響。電站主要存在以下問題：

1)變壓器：電廠裝設(shè)SL1-6300/35和S7-4200/35型號主變壓器2臺，變壓器運(yùn)行環(huán)境冷熱溫差變化大(-45℃- +42℃)，其金屬連接件、橡膠密封件等出現(xiàn)不同程度的損壞；本體及附件各密封裝置有嚴(yán)重的滲漏油；高、低壓套管局部有破碎現(xiàn)象，散熱器管壁銹蝕且局部有滲漏點(diǎn)；變壓器空載、負(fù)載損耗增加；震動(dòng)及噪音增大[1]。該型號變壓器為《小型水電站技術(shù)改造規(guī)范》及《農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見》明確必須淘汰設(shè)備。

2)35kV高壓設(shè)備：電廠裝設(shè)35kV多油斷路器2臺，多油斷路器不但體積過大，對油質(zhì)要求高、散熱慢，而且經(jīng)多年運(yùn)行，有漏油現(xiàn)象，存在嚴(yán)重的安全隱患。35kV隔離開關(guān)4臺，其分合閘困難，時(shí)常出現(xiàn)分合閘不到位現(xiàn)象；接線座轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，金屬部分油漆脫落銹蝕。35kV電流互感器8臺及電壓互感器3臺，由于運(yùn)行多年且條件惡劣，互感器準(zhǔn)確度及電氣性能下降，無法滿足本次電站改造后的技術(shù)要求。

3)6.3kV高壓開關(guān)設(shè)備：電廠裝設(shè)GG-1A型固定式高壓關(guān)柜7面，柜內(nèi)配置SN10型少油斷路器、 CD10電磁式合閘機(jī)構(gòu)及GN8-10HG型高壓隔離開關(guān)。柜內(nèi)斷路器檢修頻繁，電磁操作機(jī)構(gòu)故障和絕緣油更換；隔離開關(guān)動(dòng)、靜觸頭錯(cuò)位、接觸面偏小，有局部發(fā)熱現(xiàn)象；設(shè)備用油多，更換后的絕緣油無法再過濾使用，增加發(fā)電廠運(yùn)行成本；開關(guān)柜內(nèi)傳動(dòng)部件磨損嚴(yán)重，間隙過大、不靈敏；測量儀表存在破損、老化、指示不準(zhǔn)確等問題。

4)0.4kV低壓開關(guān)設(shè)備：石頭發(fā)電廠低壓配電柜及12臺低壓電動(dòng)機(jī)開關(guān)柜均為BSL型固定面板式配電柜。低壓配電屏內(nèi)配置DW-10/600型低壓斷路器和HD-13型低壓隔離開關(guān)。低壓開關(guān)柜均為超期服役設(shè)備，開關(guān)柜內(nèi)元器件老化，可靠性差，存在安全隱患，影響發(fā)電廠的安全運(yùn)行。

3 電氣設(shè)備技術(shù)改造方案

電廠改造后裝設(shè)2臺大機(jī)組增容至3.2MW，機(jī)端母線電壓6.3kV；12臺小機(jī)組增容至320kW，機(jī)端電壓0.4kV。改造電廠總裝機(jī)10.24MW。

石頭發(fā)電廠2臺大機(jī)組采用單母線接線，12臺小機(jī)組采用單母線分段接線，高壓側(cè)均采用變壓器—線路組接線，發(fā)電廠35kV側(cè)采用單母線接線，35kV母線裝設(shè)1臺站用變壓器。電廠低壓配電系統(tǒng)采用單母線接線。石頭發(fā)電廠電氣主接線見圖1。

圖1 石頭發(fā)電廠電氣主接線圖

本次改造對石頭發(fā)電廠高低壓電氣設(shè)備進(jìn)行全部更新，主要包括升壓站內(nèi)S11節(jié)能型35kV變壓器3臺，35kV六氟化硫戶外高壓斷路器2臺；35kV戶外環(huán)氧樹脂澆注式電流互感器8臺；35kV單相戶外油浸式電壓互感器3臺；35kV雙柱式戶外三相高壓隔離開關(guān)3臺；35kV無間隙金屬氧化鋅避雷器避雷器3臺；6.3kV高壓開關(guān)柜8面，0.4kV低壓固定式配電柜10面；發(fā)電機(jī)控制保護(hù)一體化屏12面。石頭發(fā)電廠電氣一次設(shè)備改造主要設(shè)備見表1。

表1 石頭發(fā)電廠電氣一次設(shè)備表

4 改造中優(yōu)化設(shè)計(jì)及不足

1)本次改造2臺大機(jī)組電氣主接線由單母線分段接線改為單母線接線，取消原設(shè)計(jì)中2面聯(lián)絡(luò)柜，同時(shí)在發(fā)電機(jī)出口開關(guān)柜及變壓器低壓側(cè)開關(guān)柜內(nèi)增設(shè)真空斷路器以保證電站運(yùn)行的靈活性。

2)小機(jī)組取消了常規(guī)的電機(jī)控制柜，選用BKF-3型控制保護(hù)一體化屏。一體化屏將電氣一次設(shè)備和二次設(shè)備裝設(shè)在一個(gè)整體機(jī)柜中，采用微機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)400V低壓機(jī)組的發(fā)電機(jī)主回路和發(fā)電機(jī)的自動(dòng)控制、發(fā)電機(jī)的保護(hù)、發(fā)電機(jī)的二次測量、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁(無刷勵(lì)磁)等一體化的設(shè)計(jì)，提高小機(jī)組運(yùn)行的可靠性及安全性。

3)由于石頭水電廠是由泵站經(jīng)過改造而成，所有沒有高壓開關(guān)柜室，高壓開關(guān)柜直接布置在水輪機(jī)層機(jī)旁，高壓開關(guān)柜設(shè)備布置空間有限，本次設(shè)計(jì)選用XGN2-12箱型固定式金屬封閉開關(guān)設(shè)備，柜內(nèi)主開關(guān)采用固定式ZN73A-12系列永磁操作機(jī)構(gòu)的真空斷路器。

4)改造后發(fā)電出口電壓為6.3kV，相對于10kV電氣主回路及短路電流偏大，不利于電氣設(shè)備選擇及運(yùn)行。

5 結(jié) 語

石頭發(fā)電增效擴(kuò)容改造工程立足于電廠原有的基礎(chǔ)設(shè)施條件,既考慮實(shí)際需要,又考慮技術(shù)和資金上的可行性。改善發(fā)電廠運(yùn)行環(huán)境，提高發(fā)電廠運(yùn)行管理水平，保證發(fā)電廠的安全生產(chǎn)。

本次電站改造小機(jī)組采用了新型的控制保護(hù)一體化屏，簡化了機(jī)組接線，提高了機(jī)組的可靠性及安全性。為以后的小水電改造提供了經(jīng)驗(yàn)。

[1]丁毓山，南俊星.微機(jī)保護(hù)與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)[M].北京：中國水利水電出版社，2002：67-69.

[2]李火元，李斌.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置[M].北京：中國電力出版社，2004：21-24.

[3]崔明.變電站與水電站綜合自動(dòng)化[M].北京：中國水利水電出版社，2005：17-24.

1007-7596(2016)10-0048-03

2016-09-14

李達(dá)(1983- )，男，吉林松原人，工程師；葉江南(1981- )，男，福建壽寧人，工程師。

TM561

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