黃云水電站電氣設(shè)備及其自動(dòng)化改造設(shè)計(jì)

摘要：黃云水電站經(jīng)過(guò)近三十年的運(yùn)行，原電氣設(shè)備老化，技術(shù)落后，安全隱患多，尤其是水資源利用率極低，嚴(yán)重影響了水電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。基于此，對(duì)該電站的電氣設(shè)備進(jìn)行了改造，充分合理利用水力資源，提高了電站發(fā)電效率和效益。

關(guān)鍵詞：黃云水電站;運(yùn)行現(xiàn)狀;改造內(nèi)容;小水電

1 工程概況

黃云水電站位于江西省全南縣南逕鎮(zhèn)黃云村，距縣城40 km。該水電站坐落于貢水一級(jí)支流桃江的上游，壩址控制流域面積為93.7 km2，水庫(kù)正常蓄水位為376.0 m，總庫(kù)容為4 650萬(wàn)m3，是一座以發(fā)電為主兼有防洪和養(yǎng)殖等綜合效益的中型水利樞紐工程。

改造前，電站裝機(jī)容量為2×1 250 kW，設(shè)有兩回35 kV出線，一回接至縣城，另一回接至鐵廠;設(shè)有兩回10 kV出線，一回接至廠壩區(qū)，另一回供近區(qū)用電;有兩臺(tái)型號(hào)為S7-2000/35的主變壓器。

2 水電站運(yùn)行現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

黃云水電站機(jī)組自20世紀(jì)80年代末開(kāi)始投入運(yùn)行至今，所用設(shè)備基本還是建站時(shí)安裝的設(shè)備，部分器件在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障后已經(jīng)更換過(guò)。由于電氣設(shè)備年久老化，造成水資源利用率及發(fā)電能效低，同時(shí)大部分電氣設(shè)備存在較大的安全隱患，主要問(wèn)題如下：

（1）現(xiàn)發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF1250-12/2150，運(yùn)行了近三十年，線圈電阻不平衡，線圈溫度高，直流泄漏大，且絕緣等級(jí)低，嚴(yán)重影響了發(fā)電機(jī)的工作效率。

（2）現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間已久，設(shè)備陳舊老化，經(jīng)常出現(xiàn)無(wú)法建壓的問(wèn)題，調(diào)節(jié)電阻失控，電壓不穩(wěn)定的情況，由此引起的事故停機(jī)使電站水資源利用效率大大降低，嚴(yán)重影響了電站的穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）現(xiàn)主變壓器型號(hào)為S7-2000/35。該主變投入運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，目前設(shè)備陳舊老化，損耗大。

（4）廠用交流備用電源。現(xiàn)廠用變型號(hào)為S7-80/10，該廠用變投入運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，目前設(shè)備陳舊老化，損耗大。

（5）10 kV戶內(nèi)高壓柜。現(xiàn)戶內(nèi)高壓柜采用固定式GG柜型，且該設(shè)備無(wú)五防監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)備陳舊老化，存在安全隱患。

（6）35 kV戶外開(kāi)關(guān)設(shè)備。現(xiàn)戶外開(kāi)關(guān)設(shè)備采用的是油設(shè)備，漏油比較嚴(yán)重，運(yùn)行維護(hù)不方便。

（7）低壓配電屏。現(xiàn)低壓配電設(shè)備老化，故障率高，運(yùn)行維護(hù)不方便，應(yīng)更換為經(jīng)過(guò)3C認(rèn)證的低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備。

（8）控制及保護(hù)系統(tǒng)。現(xiàn)控制及保護(hù)系統(tǒng)采用老式的常規(guī)型系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)備年久老化，運(yùn)行狀況不穩(wěn)定，設(shè)備精確度、靈敏度太低，不利于機(jī)組及相關(guān)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。

（9）照明。現(xiàn)照明系統(tǒng)是按20世紀(jì)80年代的相關(guān)規(guī)程規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工，已不能滿足現(xiàn)階段電站的照度要求。

（10）母線與電纜。現(xiàn)電纜隨電站運(yùn)行近三十年，電纜的載流能力下降，出現(xiàn)絕緣老化現(xiàn)象。

3 改造內(nèi)容

3.1? ? 電氣主接線

改造后的水電站裝機(jī)容量為2×1 400 kW，發(fā)電機(jī)電壓為10.5 kV，設(shè)兩回35 kV出線、一回10 kV出線。根據(jù)電站在電力系統(tǒng)中的作用、裝機(jī)規(guī)模等，按照電氣接線清晰明了、技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的原則對(duì)電氣主接線進(jìn)行了多方案比較，最終選擇的方案為仍采用原電氣主接線方式。

3.2? ? 過(guò)電壓保護(hù)

（1）電站直擊雷的保護(hù)。在電站主廠房和副廠房房頂設(shè)置避雷帶保護(hù);在35 kV變電站設(shè)置一根獨(dú)立的避雷針進(jìn)行保護(hù)。

（2）雷電侵入波的過(guò)電壓保護(hù)。電站10 kV電氣設(shè)備采用在母線上設(shè)置氧化鋅避雷器的方式進(jìn)行保護(hù);發(fā)電設(shè)備的保護(hù)，在發(fā)電機(jī)10.5 kV母線上分別設(shè)置一組避雷器。

3.3? ? 接地

本次接地設(shè)計(jì)是在充分利用原接地網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，即本次所有改造的電氣設(shè)備，均需選用50 mm×6 mm鍍鋅扁鋼接入附近的原有主接地網(wǎng)，設(shè)備安裝完畢后，應(yīng)對(duì)電站整個(gè)接地網(wǎng)進(jìn)行實(shí)測(cè)復(fù)核，使整個(gè)接地電阻不大于4 Ω。若達(dá)不到4 Ω，應(yīng)采取引外、深井接地等接地措施降低電阻。

3.4? ? 發(fā)電機(jī)改造

改造后的發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF1400-12/2150。

3.5? ? 勵(lì)磁系統(tǒng)改造

改造后的勵(lì)磁采用微機(jī)可控硅勵(lì)磁控制。

3.6? ? 主變壓器改造

改造后的主變型號(hào)為S11-2000/35。

3.7? ? 廠用電系統(tǒng)改造

（1）廠用變壓器改造。改造后的兩臺(tái)廠變型號(hào)為S11-M-400/

10.5、S11-M-100/10.5。

（2）備用電源改造。根據(jù)電站的廠用設(shè)備容量選用1臺(tái)150 kW的柴油發(fā)電機(jī)。

（3）廠用配電屏改造。改造后的低壓配電屏有6面，型號(hào)為抽屜MNS型。

3.8? ? 10 kV高壓柜改造

改造后的10 kV高壓柜有11面，該高壓柜滿足五防要求，型號(hào)為KYN28A-12。

3.9? ? 升壓開(kāi)關(guān)站改造

升壓開(kāi)關(guān)站維持原場(chǎng)地大小、位置、設(shè)計(jì)不變，但其戶外設(shè)備老化，故障率高，運(yùn)行維護(hù)不方便，需對(duì)其進(jìn)行無(wú)油化改造。因設(shè)備進(jìn)行更換改造，其設(shè)備基礎(chǔ)也需重新改造。斷路器選擇ZW7-40.5型高壓真空斷路器，隔離開(kāi)關(guān)選擇GW4-40.5D/630型隔離開(kāi)關(guān)，避雷器選擇HY5WZ-51/134型復(fù)合絕緣交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器，電壓互感器選擇JDZXW-35型戶外環(huán)氧樹脂澆注絕緣全封閉式電壓互感器。

3.10? ? 計(jì)算機(jī)監(jiān)控及保護(hù)系統(tǒng)改造

改造后的計(jì)算機(jī)監(jiān)控及保護(hù)系統(tǒng)綜合自動(dòng)化程度應(yīng)滿足《水力發(fā)電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5081）的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.11? ? 照明系統(tǒng)改造

改造后增加正常照明及事故照明設(shè)備各一套，事故照明由逆變電源提供。

3.12? ? 母線與電纜改造

更換所有電纜，采用阻燃式銅芯電纜;更換戶外所有舊導(dǎo)線，采用LGJ-120導(dǎo)線。

3.13? ? 直流系統(tǒng)改造

更換原有直流電源系統(tǒng)，增加1套直流100 Ah/220 V的直流電源系統(tǒng)。另外，增加1套3 kVA交流逆變電源供全廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和事故照明用電。

4 結(jié)語(yǔ)

小水電是農(nóng)村電力供給的主要組成部分，對(duì)于促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮著重要作用。由于早期建設(shè)的農(nóng)村小水電普遍存在低效、設(shè)備老化、可靠性低等缺陷，對(duì)其進(jìn)行升級(jí)改造成為大勢(shì)所趨。水電站改造能充分合理利用水力資源，提高發(fā)電效率和效益，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于保障社會(huì)公共安全，保障當(dāng)?shù)赜秒娦枰l(fā)展清潔能源，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

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收稿日期：2020-03-01

作者簡(jiǎn)介：何鎏（1988—），男，江西贛州人，工程師，主要從事水利電力工程設(shè)計(jì)工作。