水電站低壓機組

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摘要：我縣小水電事業起步早、發展快，素有"小水電之鄉"之稱。全縣電站數量眾多、星羅棋布，共有水電站114座，總裝機為4.3萬kW。但電站裝機容量都比較小，普遍選用0.4kV低壓機組。現結合我縣小水電的實際，來談談水電站低壓機組的設備改造及運行情況。

關鍵詞：小水電站低壓機組改造運行

1水輪發電機組改造

我縣大多數電站建于七、八十年代，水輪發電機組經過二、三十年的運行，發電機絕緣老化、發熱增加、滑環嚴重冒火、端蓋無防護罩等影響運行安全；水輪機轉輪等過流部件磨損、變形，或雖幾經補焊但葉片變厚、變粗糙與原設計誤差較大，機組效率嚴重下降；有的是歷史原因機組選型不配套，造成出力不足、水量浪費，效益差。針對上述問題，近幾年我們在建設新電站的同時，根據具體情況對一些老電站進行了改造。特別是對發電機定、轉子繞組進行更換，不僅提高了絕緣等級，而且也提高了發電機出力。采用新型轉輪，提高了機組的效率，使電站有了更好的收益。對其它影響安全生產的缺陷要求電站及時采取有效措施，提高了水輪發電機組的健康水平。

2發電機勵磁裝置改造

要使發電機安全和穩定的運行，發電機勵磁系統的性能是關鍵，早些年使用的三次諧波式、相復勵變壓器式、雙繞組電抗分流式等幾種勵磁裝置，由于調節性能差，易引起振蕩，不適應機組并網運行，同時其故障較多影響機組安全運行，所以必須加以更新改造。

我們現在基本上改用了可控雙繞組電抗分流式勵磁，此裝置在雙繞組電抗分流式的基礎上增加了可控硅分流的自動電壓調節器，空載電壓調節范圍大，并網后運行穩定，無功功率調節方便。由于是廠家隨機生產，安裝在發電機上結構簡單緊湊，不需另占地方。在主斷路器跳開后不失磁，發電機仍有端電壓。在電網停電時仍有電源供給調速器，能迅速將機組關閉，省去了備用電源。在我縣近200臺發電機上使用結果證明，能夠安全、可靠、穩定的運行。這種勵磁方式當勵磁回路對地一點接地時，接地點與發電機中性點(低壓發電機繞組中性點一般都接地)構成回路。勵磁電流被分流減少，會發生機組振蕩、不能正常建壓等故障。所以特別要對滑環及周圍等勵磁部位的定期清掃，防止勵磁回路對地絕緣嚴重下降而發生接地故障。

也有采用可控硅靜止勵磁裝置，如FKL、ZL1A1等型號，其性能良好，但結構相對較復雜。采用獨立屏柜增加了安裝位置，布置上還需注意整齊和美觀。由于主斷路器跳開時聯動跳開滅磁開關，使機組無電壓，故這種勵磁裝置尚需備用交流電源或配置TC操作器。

3水輪機調速裝置改造

并網小型水電站不能調頻，調速器僅作用于正常開、停機、調節正常有功負荷以及事故停機。所以普遍采用電、手動操作器，其結構簡單、投資省而又隨機配套，操作與維護簡單。如果需要有自動調節功能，則可以配上STK-W-3微電腦控制器，就能達到單機自動調頻，并網時按前池水位自動調節有功功率、自動并網合閘等功能。如我縣巧王水電站600kW機組中應用了這種控制器，實踐證明這一配置是比較理想的。

TC操作器是一種技術較先進的新型調速器，除有電、手動操作器的功能外，其特點是關閉時間可以調節，故障時無電源也能自動關閉導水機構；可根據電站實際，整定不同的調保時間值；同時可避免因木石卡塞和手動關機過度損壞導水機構問題；提高了機組運行的安全性。再配上STK-W-3可達到自動調節的目的，是一種值得推廣使用的調速裝置。

4主變的改造

水電站的低壓機組通常是經主變升壓后與10kV農村配電線路相連接，過去老電站選用的都是定型10±5%/0.4kV系列配電變壓器。由于電站地處偏遠山區，線路長壓降大。發電機經常需要在較高電壓下運行，才能保證發送一定的無功負荷。有的電站電壓值高達440V及以上，其危害：一是在高壓下運行使發電機、變壓器溫升提高、絕緣加速老化，絕緣薄弱環節容易擊穿；二是難以發足無功功率，并影響機組運行的穩定性；三是老型號變壓器能耗大，且運行年久老化，時常出現故障影響正常發電，需要及時更新、改造。

我們在改造時采用了低損耗的升壓變壓器，訂購時向廠家特別提出，一般變比為0.4/11±5%kV，從而保證了水電站在正常電壓下運行。

為了減少主變空載損耗，保證站用電和生活區用電的電壓質量，可另裝站用變壓器，電站停運或運行時可相互切換。

5配電設備和成套裝置改造

水電站低壓機組使用的主斷路器有DZ10、DW10、DW15等空氣斷路器，DZ10塑料外殼式空氣斷路器由于封閉散熱差，易引起發熱故障，僅用在容量小的機組上。DW10框架式空氣斷路器普遍在使用中，但因短路斷流容量小，時有發生因短路不能有效斷流，而燒壞電器設備的事故。所以主斷路器應選擇DW15型，機組容量大的宜選用DW17(ME)型，操動機構應選擇電動機預儲能合閘型。電站需長時間滿負荷連續運行，主斷路器和隔離開關按發電機額定容量選擇，但尚需一定的裕度，才能確保設備運行的安全可靠。

定型的成套配電裝置簡化了設計，它把發電機的配電主回路和控制、保護、及水輪機自動回路等二次回路的設備有序的安裝在同一屏內。常用的BKSF型水輪發電機控制屏，在使用中尚存在一些欠缺的地方，我們可以根據電站運行的實際來改進。裸露的盤頂母線和無邊屏，是易發生和擴大電氣故障的隱患，應加裝屏頂保護罩和兩側的邊屏。除有發電機電流速斷、過電流、過電壓保護外，還應有過速和低頻保護。可整定在超過頻率50±1(或±2)Hz，保護就立即動作，防止線路瞬時斷電時主斷路器未跳開引起非同期事故；減小事故跳閘后機組轉速上升率，保持高水頭運行才能提高電站經濟效益；控制屏上應裝設前池水位監測(或能自動按水位調節)裝置。

現在很少采用水電阻耗能保護法。較普遍應用的是在發生事故時能快速自動關機，故在屏內要裝設調速器的電動機回路。調速控制回路除正常操作開、停機外，運行中主斷路器跳閘必須迅速自動關機(除正常手動操作外)，這可用合閘記憶回路來實現。電動調速回路電源應可在電網電壓和機端電壓兩側進行切換，保證調速器電源的可靠性。另外，機組進水閥門的電動控制除在就地操作外，也可在控制屏內進行操作。

總之，新建電站可根據實際向廠家提出訂貨要求，已使用的控制屏也需及時改進。水利部農村電氣化研究所研制的SFZK3自動控制屏，保護較完善，能自動停機，半自動開機，并網按水位自動調節有功等功能，為提高水電站低壓機組的運行水平作出了努力。

今后在小水電的設計中選用的機電設備，要充分利用已成熟的科研成果，選擇那些技術先進、性能良好、質量可靠、效率高、損耗低的設備。例如選擇高效率的水輪發電機機組，充分利用水力資源提高電站效益。采用TC型操作器，重錘式蝶閥和球閥來提高機組運行的安全可靠性。低能耗變壓器和新型大容量的低壓斷路器的使用，為大容量低壓發電機組的安全高效地運行開辟了新的道路，并且還應努力提高機組運行的自動化程序。