農村小水電增效擴容電氣設備更新技改實例分析

摘 要：小水電是農村基礎水利設施、基層水利經濟乃至區域水利產業的重要組成部分。合理開發小水電對建設有中國特色的農村電氣化、建立新農村新工農業環境、脫貧致富和生態環境保護等方面，均具有非常重要的作用。文章通過農村小水電增效擴容改造實例，對小水電電氣設備更新技改相關內容進行了介紹分析。

關鍵詞：農村小水電；增效擴容；電氣設備；安全可靠性

農村小水電具有資源可再生、清潔能源、開發技術成熟、生產管理便捷等優點，具有良好的社會經濟及投資效益[1]。95年以前修建的很多農村小水電，由于受當時規劃設計理念、建設技術水平、綜合投資等因素的制約，加上后期運行管理維護不完善、不到位等問題，工程存在較大質量和安全隱患，尤其機組長期處于低負荷運行工況、電氣一二次設備自動化水平嚴重滯后、開關動作性能差、元器件破損嚴重、保護裝置可靠性差等，嚴重影響電站的正常運行和發電效益，不少水電站已存在報廢或瀕臨報廢狀況[2]。因此，對老舊農村水電站進行增效擴容和電氣設備更新技改，就顯得非常迫切，具有較大工程的實踐應用研究意義。

1 工程概況

貴州某農村水電站于1985年5月開工建設，于1989年4月建成投運，工期長48個月。安裝水輪發電機3臺，總裝機容量為2×3200kW+1×800kW，選用立軸混凝式發電機組，設計保證最低出力為2360kW，多年平均發電量為5450萬kW·h。電站經歷了20多年的運行，機組和電氣設備老化嚴重，帶缺陷和安全隱患運行狀況時有發生，直接影響到水電站的正常生產運行和發電經濟效益，更新技改已勢在必行。2013年7月，財政部、水利部在總結浙江、重慶、陜西等6省市“農村水電增效擴容改造”試點效果的基礎上，提出“全面實施農村水電增效擴容改造”。為了提高水能資源利用效率，確保其安全、高效、節能的生產運行，促進節能減排和改善河流生態環境，借助“農村水電增效擴容改造”項目，集中央補助、省財政或水利建設資金配套，該電站結合其工程特性進行了全面的增效擴容改造。

2 電站電氣設備更新技改

2.1 電氣主接線的改造

增效擴容改造前：水電站裝機容量2×3200kW+1×800kW，發電機端電壓為6.3kV，出線1回，電壓為35kV。電站主接線方案為：發電機母線為雙單母線，3臺發電機通過銅母線接入雙單母線。35kV側采用單母線接線，一回35kV出線經LGJ-75mm2架空專線接入到區域110kV變電站的35kV間隔，采用高壓側計量方式。

增效擴容改造后：水電站裝機容量2×4000kW+1×1000kW，發電機端電壓為6.3kV，出線電壓為35kV。本次改造增加一臺6.3kV雙單母線分段聯接開關柜，即為了增加電站運行的安全可靠性和運行靈活性，將原來發電機雙單母線改為雙單母線分段母線。35kV側依然采用單母線接線，1回路35kV出線，經LGJ-120mm2架空專線接至區域110kV變電站35kV間隔，輸電線路長度為10km，采用高壓側計量方式。為了提高電站廠用電的可靠性，根據主接線型式設置2臺400V廠用配電變壓器，其中1臺由6.3kV母線開關柜引出電源，電壓變比為6.3kV/0.4kV，另1臺由35kV室外架空母線上引出電源，電壓變比為35kV/0.4kV，容量均為200kVA，站用電采用380/220V三相四線制TN-C-S供電系統。

2.2 主要電氣設備選擇

2.2.1 6.3kV高壓開關柜

6.3kV高壓開關柜采用KYN28-12抽屜式金屬封閉高壓開關柜，配用高開斷能力和低截流值VS1型真空斷路器，配套VS1彈簧操動機構，合閘采用彈簧儲能方式。共設置3面機組斷路器柜、3面機組勵磁PT電壓柜、1面母線PT電壓互感器柜、1面6.3kV母線分段柜、1面主變進線柜、1面6.3kV廠用電進線柜。

2.2.2 廠用電系統

廠用電系統設備從6.3kV和35kV兩個電壓等級母線上分別引出電源，從6.3kV母線上經廠用變柜引入1回電源，接至41B廠用變6.3kV高壓側；另一回經地埋電纜從35kV架空母線上引入1回電源，接至42B廠用變35kV高壓側。兩個廠用電電源互為備用，進線柜中設置自動切換開關。根據廠用電負荷類型、容量等因素，選用GCS型交流抽出式低壓配電柜4面。

2.2.3 動力及控制電纜

電站原有動力電纜雖然其載流量能夠滿足增效擴容后負荷需求，但經20多年運行電纜接頭處及導線存在氧化受損、絕緣層破壞、漏電等問題，嚴重威脅到電站的安全穩定和節能經濟運行。為確保電站安全穩定運行，動力電纜優選YJV型銅芯電力電纜更換原有的所有電力電纜；電站原有的控制、信號電纜都是常規電纜，接線端子接線不良、絕緣層老化、無屏蔽信號傳輸不可靠等問題非常嚴重。改造后，優選具強大屏蔽功能的銅芯聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套鋼帶鎧裝KVVP22控制和信號電纜，提高信號傳輸的安全可靠性。

2.3 35kV升壓站電氣設備

2.3.1 主變壓器

水電站原兩臺主變，型號為S7-8000/35kV和S7-1000/35kV，屬于高能耗老型號升壓變壓器，已屬國家淘汰型產品。更新改造后更換為損耗低的S13節能型升壓變壓器，型號為S13-10000/35和S13-1250/35。原兩臺廠用變壓器S7-100/6.3kV和S7-100/35kV更換為S13節能型變壓器S13-200/6.3kV和S13-200/35kV。

2.3.2 斷路器及隔離刀閘

電站原用35kV斷路器屬于老型號多油斷路器（DW1-35/400A型），已屬淘汰型停產產品。增效擴容更新改造后，優選性能可靠、自動化程度較高ZW8-40.5/630A型真空斷路器。原用35kV隔離刀閘經20余年的使用，存在操作機構不靈活、動作可靠性變差等問題，更換新的GW5-40.5/630A型高壓隔離開關。

2.3.3 互感器及避雷器

電站原用35kV互感器為老式停產油浸式互感器，增效擴容改造后優選質量好、可靠性高且具備較好抗諧功能的消諧式JDZXW-35型戶外干式電壓互感器和LZZBJ71-35W2型電流互感器。電站原用避雷器經20余年使用，可靠性變差，有兩相已被雷擊破換，更換為YH5WZ型35kV金屬氧化物避雷器。

2.3.4 電氣二次部分

水電站增效擴容改造工程綜合自動化部分，嚴格按照《小型水力發電站自動化設計規范》（SL229-2011）進行設計。采用以計算機監控系統為核心的電站集中監控系統，對全站3臺發電機組、2臺主變、開關設備、2臺廠用變和公共設備等運行工況進行在線監測、控制和保護。電站的繼電保護和安全自動裝置，嚴格按照《繼電保護和安全自動裝置技術規程》（GB/T14285-2006）原則進行設計和設備選配。

3 結束語

農村小水電機組和電氣設備進行系統更新技改后，有效提高了電站綜合自動化水平，機組發電的安全性、動作可靠性和節能經濟水平得到有效增強，各項性能明顯改善，全面提升了電站發電、灌溉、防洪等功能水平，助推了當地城鄉一體化建設步伐。

參考文獻

[1]徐明華.抓住試點機遇努力做好增效擴容改造工作[J].中國水能及電氣化，2011，（11）：14-15.

[2]陳錫芳.水輪發電機改造增容與優化運行[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

作者簡介：楊鈺峰（1985-），男，貴陽人，苗族，本科，助理工程師，主要從事水電站建設管理工作。