寧安石頭發(fā)電廠電氣一次設備改造設計方案

李 達，葉江南

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

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寧安石頭發(fā)電廠電氣一次設備改造設計方案

李 達，葉江南

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

石頭發(fā)電增效擴容改造工程立足于電廠原有的基礎設施條件,既考慮實際需要,又考慮技術和資金上的可行性。改善發(fā)電廠運行環(huán)境，提高發(fā)電廠運行管理水平，保證發(fā)電廠的安全生產。本次電站改造小機組采用了新型的控制保護一體化屏，簡化了機組接線，提高了機組的可靠性及安全性。為以后的小水電改造提供了經驗。

增效擴容改造；控制保護屏；電氣設備；設計方案

0 前 言

小水電增效擴容改造工程是以促進水能資源合理利用，維護河流健康、提高綜合能效為目標，保證小型水電站的安全。改造內容應以機電設備更新改造為重點，并對影響發(fā)電效益、工程安全、河道生態(tài)和運行環(huán)境的擋水、泄水、引水、廠房等建筑物、金屬結構及送出工程等進行必要的改造。黑龍江省于2012年初啟動了小水電增效擴容改造項目。石頭發(fā)電廠裝設2臺2500kW的大機組，出口電壓6.3kV；12臺320kW小機組，出口電壓0.4kV。電站雖然總裝機不大，但裝機臺數多且電壓等級多，既有6.3kV高壓電機，又有0.4kV低壓電機，在黑龍江省小水電增效擴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，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小機并網，1981年底大機并網。寧安石頭發(fā)電廠裝設14臺發(fā)電機組，其中單機功率2500 kW發(fā)電機組2臺，出口電壓6.3kV；單機功率200kW發(fā)電機組12臺，出口電壓0.4kV。電站總裝機容量7.4MW，多年平均發(fā)電量2600萬kWh，多年平均利用小時3560h。其中2臺大機組采用單母線分段接線，母線通過4面聯(lián)絡柜互相連接，高壓側采用變壓器—線路組接線，經1臺SL1—6300/35型雙繞組變壓器升壓至35kV。12臺小機組采用單母線分段接線，兩段母線經聯(lián)絡柜連接后經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 電氣設備存在問題

石頭發(fā)電廠地處高寒地區(qū)，機電設備受嚴寒、溫度變化及雨雪天氣影響大，且經過多年運行部分機電設備陳舊老化嚴重，許多設備的性能參數指標已達不到設計要求，耗能高、效率低，使電廠的安全穩(wěn)定運行受到嚴重威脅。電廠在系統(tǒng)中的作用難以發(fā)揮，其經濟效益受到嚴重影響。電站主要存在以下問題：

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

2)35kV高壓設備：電廠裝設35kV多油斷路器2臺，多油斷路器不但體積過大，對油質要求高、散熱慢，而且經多年運行，有漏油現象，存在嚴重的安全隱患。35kV隔離開關4臺，其分合閘困難，時常出現分合閘不到位現象；接線座轉動不靈活，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，由于運行多年且條件惡劣，互感器準確度及電氣性能下降，無法滿足本次電站改造后的技術要求。

3)6.3kV高壓開關設備：電廠裝設GG-1A型固定式高壓關柜7面，柜內配置SN10型少油斷路器、 CD10電磁式合閘機構及GN8-10HG型高壓隔離開關。柜內斷路器檢修頻繁，電磁操作機構故障和絕緣油更換；隔離開關動、靜觸頭錯位、接觸面偏小，有局部發(fā)熱現象；設備用油多，更換后的絕緣油無法再過濾使用，增加發(fā)電廠運行成本；開關柜內傳動部件磨損嚴重，間隙過大、不靈敏；測量儀表存在破損、老化、指示不準確等問題。

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

3 電氣設備技術改造方案

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

石頭發(fā)電廠2臺大機組采用單母線接線，12臺小機組采用單母線分段接線，高壓側均采用變壓器—線路組接線，發(fā)電廠35kV側采用單母線接線，35kV母線裝設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)電廠高低壓電氣設備進行全部更新，主要包括升壓站內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高壓開關柜8面，0.4kV低壓固定式配電柜10面；發(fā)電機控制保護一體化屏12面。石頭發(fā)電廠電氣一次設備改造主要設備見表1。

表1 石頭發(fā)電廠電氣一次設備表

4 改造中優(yōu)化設計及不足

1)本次改造2臺大機組電氣主接線由單母線分段接線改為單母線接線，取消原設計中2面聯(lián)絡柜，同時在發(fā)電機出口開關柜及變壓器低壓側開關柜內增設真空斷路器以保證電站運行的靈活性。

2)小機組取消了常規(guī)的電機控制柜，選用BKF-3型控制保護一體化屏。一體化屏將電氣一次設備和二次設備裝設在一個整體機柜中，采用微機技術，實現400V低壓機組的發(fā)電機主回路和發(fā)電機的自動控制、發(fā)電機的保護、發(fā)電機的二次測量、發(fā)電機的勵磁(無刷勵磁)等一體化的設計，提高小機組運行的可靠性及安全性。

3)由于石頭水電廠是由泵站經過改造而成，所有沒有高壓開關柜室，高壓開關柜直接布置在水輪機層機旁，高壓開關柜設備布置空間有限，本次設計選用XGN2-12箱型固定式金屬封閉開關設備，柜內主開關采用固定式ZN73A-12系列永磁操作機構的真空斷路器。

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，不利于電氣設備選擇及運行。

5 結 語

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

本次電站改造小機組采用了新型的控制保護一體化屏，簡化了機組接線，提高了機組的可靠性及安全性。為以后的小水電改造提供了經驗。

[1]丁毓山，南俊星.微機保護與綜合自動化系統(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)繼電保護及自動裝置[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(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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