周小鈜
云南兴电集团有限公司
摘要：水电站在我们的生产生活中发挥了重要的作用，但是，由于我国部分水电站建设年代久，使用年限长，急需进行增效扩容改造。对此，笔者对于水电站增效扩容中，电气设计部分的发电机更新设计和电气主接线设计存在的问题进行深入分析，对普遍存在的问题进行简述并给出一定的应对策略，以期提升我国水电站增效扩容电气设计的有效性。
关键词：水电站；扩容增效；电气设计；问题；对策
当前，电力能源在人类的生活中占有着重要的地位，人们对电力的需求越来越大，导致用电方面的矛盾越来越大。为了保证电力的正常供应，充分利用水能资源，对我国各类早期建设的中、小水电站进行扩容改造工作，提高水能资源利用，提升水力发电量，显得意义重大。仔细分析我国水力发电历史，我国的河流众多，水力资源丰富，有着各种类型的水力发电站，这些发电站由于建设时间和建设规模的不一致，机电设备的设计、选型都受当时各种因素的限制，在增效扩容改造过程中，必然存在着各种各样的不同问题。由于多方面因素的作用，早期建成的一批水电站，投运时间长、设备老化、能效不断衰减，对这些水电站进行扩容增效，虽然需要投入较大的物力、人力资源，但改造后能显著提升水力资源的利用，促进河流生态环境的改善，是一项利国利民的事业。结合当前我国技术水平的发展程度，以及进行水电站扩容增效的资金投入等情况，笔者在深入调研和仔细分析的基础上，研究水电站的增效扩容电气设计，对其中存在的问题进行分析和研究，提出一定的解决策略，从而有效的实现水力发电设施的增效目标，也使水电能源安全、节能和环保等优势得到进一步体现。
一、发电机更新设计存在的问题及解决措施
对于水力发电，进行发电机更新是扩容增效设计中首先就应解决和考虑的问题。对于水轮发电机，进行增效扩容采取的最简单办法就是在保持发电机座不变、发电机转速不变、埋入部件不变的情况下，依据设计方案，将发电机的内部部件进行整体更换，但是，这样的方法存在着资金投入大、施工时限长等问题。
发电机作为水力发电站的核心装置，其组成的部件较多，对于发电机的效率和功率产生影响的因素也较多，例如电机的定子铁心、定子绕组、转子绕组、通风冷却装置、轴承等。是否对发电机组整体更换应进行综合分析和论证。因此，需要结合改造的水电站的实际情况，对发电机运行情况进行深入了解，并掌握电站投产时有关的设计参数、技术标准以及运行中出现的各种问题、检修情况等，并对其进行客观的论证分析，然后依据理论计算与扩容增效的实际要求，确定发电机组的增效扩容改造方案。
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（一）定子绕组、转子绕组的改造
在发电机的增效扩容改造中，由于对增容后机组的转速需要保持不变，因此，在进行电气设计时，必须要确保发电机的极对数维持恒定，但是又想要实现扩容增效，只有从原定子绕组的改造设计入手。采取的方案是增大绕组的线规，使绕组的电阻下降，这样绕组的电阻发热总量也不会高于原绕组。此外，还需要对于绝缘浸漆的工艺进行重新的设计，使得线材的绝缘等级由B级提高到F级，同时，选择新型的耐高压、介质损耗低的绝缘材料，使得绝缘厚度降低，为增大线规提供更多的空间。
将绝缘等级提升到F级之后，对于定子绕组和转子绕组的机组升温，仍然需要控制到B级绝缘情况下所允许的极限温度内，以保证各项电气的安全指标能够达到有关的规定和标准的要求。
此外，在进行发电机定子绕组和转子绕组的电气设计改造时，还需要结合此前机组设计时留有的定转子绕组设计的裕量，一般留有15%，因此，机组增容的幅度较小时，对于定子绕组可以不做变动。如果增容幅度较大，则需要依据扩容幅度的大小，通过计算确定需要的匝数及绕组截面积，更换定子绕组和转子绕组。由于水轮机此时需要的增容幅度较大，如果机墩受限或者是其他因素制约水轮机出力的不匹配问题，也可以采取更换定转子绕组附加提高机组功率因数的方式来解决。
（二）定子铁心的改造设计
在水电站的增效扩容改造中，对于发电机部分的改造，进行定子铁心改造也是重要的改造设计工作。由于定子铁心基本上不会出现故障，但是，为了确保整个发电机组在改造后的安全运行，笔者认为首先应进行定子的检测，一旦出现运行年限达到或者是检测出存在缺陷的，或者是发生过重大事故的，应予以更换。在铁心的损耗中，发电机的电磁损耗是主要的原因，投产较早的机组定子铁心大多采用热轧硅钢片或有取向冷轧硅钢片，磁滞损耗较大，加之多年运行后铁心松动，绝缘老化，涡流损失增加，更换时，在设计方案中，对材料的选择应选择新型的铁心材料，使发电机效率进一步提高。对于检测后确定不需进行更换的，则依据水电站改造后的需求和其他相关因素，配合定子绕组改造，对铁心结构进行优化设计，对于铁心的冷却条件进行升级优化，更换不合格的硅钢片。
二、电气主接线设计存在的问题及解决措施
（一）电气主接线
由于进行增效扩容的水电站已经运行多年，对于送出工程和系统的接入点已经确定，再次变动的现实意义不大，对于电站的接入系统不再进行论述，所以，只要现有的主接线合理，在扩容增效设计中，可维持原有的主接线方案，只是需要进行一定的复核计算，并依据有关规范和短路电流计算，电气设备的容量进行复核，然后合理的选择设备即可。笔者在工作实践中，发现存在着个别的水电站，由于进行过多次的检修和改造，现有的水电站的主接线形式已经发生了变化，其中存在一些电气设备的增加或者是缩减，而且布置情况也发生了变化，在增效扩容的中，如有接线方式是不合理的，可能存在着系统的重复容量偏大、线路损耗高、继电保护系统复杂等现象，因此，在进行电气设计时，对于这种主接线方案应该进行优化。在优化设计过程中，首先应制定出几种不同的主接线方案，然后对送出线路的输送容量和电压降进行有效的复核，选择那些能够满足增效扩容要求的主接线方案。在这个过程中，还需要对变电站内的电流互感器变比、电气设备的动热稳定性和开端电流等进行检查复核，进而确定最佳的主接线方案。主接线方案设计的基本原则是送出电压等级和接入系统点不改变，确保资金的使用效率得到保证。在主接线方案设计过程中，主接线的接线方式和运行方式如果进行变更，需要对电力系统的计量、保护方式和整定值的保护等问题进行深入分析，而且需要与电力系统的调度部门进行沟通与协商，确定适应的主接线的接线方式。
总结
对水电站进行增效扩容，能够在一定程度上优化我国的电力能源结构，提升电力资源的供应量，促进环境保护事业的向前发展。一个优秀的电气改造设计方案能够提高经济效益，降低生产成本，节省运行费用，降低劳动强度。在水电站的扩容增效改造实施过程中，要重视发电机组和电气设备改造的重要性，要同进行水轮机组的改造一样重视。这样才能有效确保增效扩容改造后的水电站的整体安全性和稳定性。
参考文献：
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[3]梁芳.小型水电站改造电气设计研究[J].中国新技术新产品，2013，05：94-95.
论文作者:周小鈜
论文发表刊物:《基层建设》2015年14期供稿
论文发表时间:2016/1/13
标签：绕组论文; 水电站论文; 定子论文; 接线论文; 发电机论文; 铁心论文; 机组论文; 《基层建设》2015年14期供稿论文;