摘要：在10kV开关站运行实践中，因开关柜设及其制造质量问题，安装调试问题以及操作不当等，都可能会影响其运行， 10KV开关站设备运行情况和存在的问题进行分析，并在此基础上就如何加强设备运行管理，本文也介绍了水利水电系统中的建设过程, 怎样合理选择适用的水轮机组的类型对水轮机的性能是否优越十分重要。因此应本着具体情况具体分析的原则设计相应的实践方案, 以提高其运行的灵活性。
关键词：10KV；开关站；设备；运行；研究 水轮机组；水轮机组
随着城市化建设进程的不断加快，配网中的10kV开关站设备必不可少，而且所起的作用不可小觑。尤其是高层建筑、大型住宅以及工业区，用电客户对配网供电质量、可靠性等提出了多样化要求。10kv开关站设备对主网架的构建起到了基础性的作用，需加强配网供电管理，以确保10kV开关站设备正常运行。
一、10kV开关站设备运行问题分析
社会经济的快速发展，10kV开关站设备运行环境影响因素不断增加，加之设备本身问题，尤其是设计、维护和施工安装不当等原因，造成开关站设备问题频发。本文主要对开关柜运行过程中常见问题分析如下：
1、开关柜绝缘放电
实践中，若开关柜生产工艺、安装等不达标，加之环境因素的影响，容易导致开关柜出现绝缘放电等问题，同时这也是高压开关柜运行过程中最为突出的问题。具体而言，这种问题多表现为支持瓷瓶闪络制造、装配对开关柜耐压产生较大的影响。对于部分开关柜而言，虽然元件自身的耐压性满足要求，但是开关柜整体无法满足客观要求，其中一个最为主要的原因在于制造与装配质量之间存在差异。比如，螺丝紧固操作不规范，拧紧后螺杆露在外面，很可能造成电缆头放电。此外，开关柜运行过程中所处的环境条件差，也是引发绝缘放电的一个主要原因。上述原因导致的绝缘放电问题，主要表现为污闪。当大气环境受到严重污染时，通常会在设备绝缘子以及套管等位置积累污秽物，如果柜内湿度比较大，则污秽物湿润后绝缘表面的电阻也会随之减小；由于表面泄漏的电流不断增大，因此造成绝缘沿面出现放电问题，进而造成绝缘闪络。此外，部分绝缘支柱的泄漏距离相对较小，无法适应潮湿、污染的环境，因此也会导致污闪。
2、开关柜发热
对于开关柜发热现象而言，产生的主要原因是导电回路发热，一旦发热量超过散热量，则会造成开关柜温度快速上升，以致于整个开关柜、部分电气连接点过热，甚至会引发安全事故。目前来看，主母线的构成材料主要有铜排或者铝排，主母线上的电流相对较大，特别是在高负荷期间，可能会导致主母线发热。调查发现，很多导体构成材料中含有较多的杂质，这就导致电阻率增大，这也会在很大程度上导致发热量增大；加之小型的、封闭开关柜本身的通风散热性比较差，在实际运行过程中通常发现主母线室柜门的表面温度非常的高。对于接头而言，之所以会出现发热问题，很可能是因为接头接触不良所致，该种类型的发热常见于闸刀主刀口接触处、刀闸引线连接处以及TA接线板等位置。闸刀引线桩头位置的接触面相对较小，加之主刀口接触、连接不良以及调试不到位，都可能会导致闸刀发热，接触部位严重发热。
二、加强10kV开关站设备运行管理的有效策略
基于以上对当前10kV开关站设备运行设备管理管理过程中存在的问题分析，笔者认为要想加强设备运行管理，应当认真做好以下几个方面的工作：
1、强化设计制造过程中的质量管控
作为10kV开关站的主要设备，开关柜的设计与制造质量控制至关重要，同时这也是确保其后续运行安全科学的基本条件。厂家在产品设计过程中，应当根据客户的实际要求，该设备运行环境条件以及本地电网运行状况等，合理选择设计方案，切忌照搬照套。尤其在空气间隙距离设计过程中，应当满足规范要求，确保带电体对地距离至少125毫米，并且结合实际情况预留出足够的绝缘富余。
实践中可以看到，高压开关柜生产制造商一般不会生产元器件和原材料，需从厂外购进。在外购元器件以及原材料时，一定要严格控制质量，严把对比、验收关，并且对检测过程进行严格控制，将问题的发现和解决提前。就绝缘子以及套管而言，应当采用阻燃性好、憎水性强的材料，比如SMC等，在开关柜体积不增大的基础上，尽可能利用爬距相对较大的绝缘件。
2、严把试验关，加强安装现场调试管理
在出厂试验时，应当对开关柜进行严格的检查，对承受额定电压以及过电压进行实验，这在很大程度上关系着开关柜应用安全可靠性。针对这一问题，厂家应当创立检测设备，健全和完善试验手册，并且对出厂试验进行严格控制。经过出厂试验和调试，合格开关柜送至现场以后，厂家还应当提供优良的服务。因开关站设备用户对设备熟悉需要过程，所以厂家应当做好配合工作，对客户进行技术交底和培训，以此来提高用户对设备的认知度和能力。值得一提的是，厂家应当制定详细的安装调试、维护手册，以便于执行和运维管理。设备现场安装及其调试，应当按照手册和规定严格执行，以免因安装调试不当而造成故障问题。比如，机械传动机构出现卡涩以及手车操作失灵等，均可通过加强安装调试予以解决；对于导电回路发热问题，建议适当对其进行紧固，或者改进接触结构，以此来对其进行改善。
3、对开关站设备运行环境条件予以改善
实践中我们可以看到，开关站运行过程中的很多问题源于环境条件不利， 比如金属导体锈蚀、绝缘放电等。为此，运行单位应当对其运行环境条件进行改善，减少不利因素造成的影响。为此，多采用以下措施进行应对：在雨季到来时，对室内电缆沟以及电缆层采取有效的排水措施，以免出现严重的积水问题；在开关站内部布设除湿机、安装空调，以此来降低湿度，以免潮气过重而影响柜内设施性能；在开关柜的适当位置，布设凝露控制设备，通过加热板进行加热，这有利于去除潮气。在炎热的夏季，尤其是用电高峰期，开关站设备的负荷电流非常的大，而且发热量也居高不下，加之环境温度影响，可能会导致设备过热。对此，可通过开关站通风排热系统降低温度，以免开关柜过热而造成不利影响；在开关柜设备运行过程中，还应当做好清洁工作，逢停即扫，减少设备表面积灰，做好绝缘，以免因污闪而造成严重的后果。
三、水轮机选型设计的任务及内容
水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益，因此根据H、N的范围选择水轮机是水电站中主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆每一种型号水轮机规定了适用水头范围。水头是根据该型水轮机的强度和汽蚀条件限制的，不允许超出；水轮机出力大小主要是考虑到使水轮机的运行效率不至于过低。
2水轮机选型的基本原则及装机特征设计
水轮机的选型按照技术先进、安全可靠、经济合理的原则，选择和确定水轮机的具体型号和技术参数。通过对可行的不同技术方案进行比较，对水轮发电机组及其附属设备技术性能、制造成本，机组预期的实用性、可靠性、使用寿命等，进行综合比较和分析，寻求资源利用充分、投资省、效益高的最优方案。水轮机选型应遵循以下的基本原则：
(1)水轮机在设计水头下能发出额定功率，低于设计水头时机组受阻容量尽可能小；
(2)电站运行中水轮机有较高的运行效率；
(3)水轮机运行稳定、灵活、可靠，有良好的抗空化性能；
(4)多泥沙河流电站的水轮机应具有良好的抗磨损、抗空蚀性能；
(5)机组易损部件易于更换，机组便于操作及安装维护；
(6)机组供货及时，技术要求应符合制造厂家的设计、试验及制造水平；
(7)机组的最大部件和最重部件运输可行性。
3 水轮发电机组中水轮机型式
现代水轮机按其工作原理可分为两种主要类型 即冲击式水轮机和反击式水轮机。
3.1 冲击式水轮机。冲击式水轮机以射流的形式，水流从喷嘴中流出，这样的水流就把全部压能转变为动能，该射流冲击着转轮上的叶片，由于水流的冲击，转轮就绕着主轴旋转，水流的动能转换为旋转的机械能。
冲击式水轮机可分为水斗式、双击式和斜击式三种。水斗式水轮机转轮园周布置多种水斗，喷嘴将水的压能变为动能，形成高速水流，沿转轮园周的切线方向射向双U形水斗中部, 水流在水斗中折转向两侧排出，它使用水头很高，斜击式水轮机的转轮园周密布叶片，喷嘴出来的高速水流从转轮一侧倾斜冲击叶片，使转轮旋转，水流经转轮上的叶折转后，从另一侧流出。
3.2 反击式水轮机。反击式水轮机在引水装置中的水，以高水压和低流速进人水轮机转轮，转轮受水流的反作用，压能转变为动能，然后转换为旋转的机械能。反击式水轮机由带有导叶的进水装置和具有若干叶片的转轮叶片组成。反击式水轮机为混流式、轴流式、斜流式、和贯流式几种。
3.2.1 混流式水轮机是水电站应用最普遍的一种型式。 水流径向流人导叶，然后轴向流出。它结构简单、运行可靠。混流式水轮机用于水头30～700m的大、中型水电站，而中、小型混流式水轮机则可用于水头为20～400m的水电站，驱动水轮发电机旋转而发出电能。水流流经转轮是径向式的，导水机构为径向式的，导叶开度可随负荷的改变而进行调节，转轮是由上冠、下环及固定在其中间的一定数量流线型叶片所组成。混流式水轮机又称法兰斯式水轮机，水流由径向进入转轮，大体沿轴向流出。混流式水轮机应用水头范围较大，结构简单，运行可靠，效率高。是现代应用最广泛的水轮机之一，水头适用范围30～700m。
3.2.2轴流转桨式水轮机在近几年有了很大发展, 使用也很广。它的特点是比转速高, 在水头、容量相同条件下, 其比转速为混流式水轮机的两倍, 因此发电机尺寸可以缩小，轴流转桨式水轮机转轮叶片与导水机构协联动作, 可以绕叶片轴旋转, 平均效率较混流式水轮机高, 尤其在低负荷区更为明显。它适用于低水头电站或水头和负荷变化较大的电站。但是随着使用水头提高, 其过流能力及机组强度受到限制。由于它的汽蚀系数较大, 使厂房开挖量增加, 制造工艺也较复杂。轴流定桨式水轮机的特点是结构简单, 制造较易。由于它的转轮叶片是固定的, 轮毅比小, 较转浆式转轮的过流能力有所提高, 汽蚀性能有所改善。但是轴流定桨式水轮机不能适应水头和负荷变化大的电站, 因此国内对大中型轴流定桨式水轮机生产较少, 只有在水头变化较稳定或多台机组运行的电站采用这种机型才是适宜的。
3.2.3 灯泡贯流式水轮机具有平直的流道，水流基本上轴向通过流道和轴对称地流过转轮叶片及直线流过直锥形尾水管，水流几乎没有转弯，水力损失小，水力效率高。在水头和功率相同的条件下，与轴流转桨式水轮机比较，具有较高的过流能力和较大的比转速，其转轮直径要小10％左右，且机组结构紧凑，卧式布置，减少了电站的厂房高度和建筑面积，减少电站的开挖量和混凝土，土建费用可以节省20％——30％。但是由于转轮强度低，空蚀系数较大，在应用到较高水头下时，受到强度和开挖的限制，所以贯流式水轮机一般都只应用在低水头水力资源的开发上。水力性能方面分析，灯泡混流式水轮机水流沿轴向直线流人．斜向进入转轮，轴向流出尾水管，整个流道型式为正、反两次转向的贯流式机型流道，也就是水流先沿内圆弧流动，再沿外圆弧流经导水机构和通过转轮，从流体力学可知，这种正、反两次转向将使整个轴面流场分布比较均匀。特别是在转轮叶片内、外缘区域的分布特性优越于常规混流式水轮机，从而改善了水轮机的空蚀性能。灯泡贯流式水轮机集中了现代灯泡贯流式水轮机和混流式水轮机两种机型的优点，具有了平直的贯流式水轮机的流道形式，真正的混流式或斜流式的转轮等结构特点，应用水头大大提高，同时具有良好的水力性能和空蚀性能，结构简单紧凑，体积小，径向尺寸小，省水、出力大，运行平稳，是一种优秀的水力能源开发机型。
结束语：
电力系统对不同水电站有不同要求，例如基荷、腰荷、调频、调峰、事故备用或几项组合，每个电站机组的实际情况不一样，水轮机是水电站的主要动力设备，水轮机的型式与参数选择是否合理将直接影响到水站的动能经济指标、运行稳定性及可靠，开关站设备运行管理过程中，应当从开关柜设计制造到安装运行管理，全过程加强管控，这样才能确保设备运行的安全可靠性。
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论文作者:姜红生
论文发表刊物:《电力设备》2018年第12期
论文发表时间:2018/8/7
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