浅谈小型水电站水轮发电机增效扩容改造设计

孙浩

摘 要：受使用年限的制约，我国很多小型水电站水轮发电机都出现了老化等问题，需要进行增效扩容改造。文章主要针对水轮发电机增效扩容改造的合理选取、电气主接线及短路电流的计算复核、电气设备的选择与布置、接地系统的检查与修复等方面问题进行了分析，希望通过文章的分析，对相关工作具有一定的参考价值。

关键词：水轮发电机；增效扩容；改造设计

1 水轮发电机增效扩容改造的合理选取

1.1 定子绕组转子绕组的改造

在进行发电机增效扩容改造时，应考虑这样的原则，那就是增容后机组转速保持不变，发电机极对数也是不变的。而要想实现增容，就要改变原定子绕组，增大绕组线规，降低绕组电阻，使绕组电阻发热总量低于原绕组。绝缘浸漆工艺也是需要改变的部分，需要从B级提高到F级，采用新型的耐压高、介质损耗低的绝缘材料，降低绝缘厚度，这样做是为了最大限度的增加线规。

当定子绕组和转子绕组在F级后，还要控制机组温度在合理的区间内，各项指标正常，最大限度的保证机组的工作效率。就一般情况而言，设计发电机定转子绕组时都会有一定的裕量，在机组增容10%～15%的区间里，定转子绕组变动的可能性是不大的。但当机组增容在一个比较大的幅度时，就应根据实际的增容情况判断需要的匝数及绕组截面积，再有针对性的改换定子和转子绕组。增容幅度比较大时，由于机墩受限或其他原因无法和增容后的水轮机出力相一致时，更换定转子绕组的方法同样适用。

1.2 通风冷却系统的改造

发电机的温度和扩容也会受到通风冷却系统优良与否的影响。受到科学技术发展水平的制约，我国早期的发电机冷却器和风机的通风冷却系统问题还是比较突出的，散热效果不佳、工作效率低、噪音大都是其中的方面，正因为如此就比较容易出现结垢、锈蚀、堵塞等情况，冷却会受到阻碍，机组温度持续增加。所以进行更换是比较好的方法。

自然冷却或通风管冷却的方法在一些小型机组中使用比较多，发电机直接与室外相通，环境温度将直接作用于发电机的温度。这一点在南方地区表现得比较突出，不工作的机组，发电机舱中可能会混入潮湿空气或蚊虫会，很可能造成发电机的绝缘，所以对于那些绝缘性能差的机组，开启前要先加热驱潮。电站应采取冷却器冷却方式，实践证明冷却效果比较好。

1.3 定子铁心的改造

大量事实证明，故障点在定子铁心处是很少的，决定其是不是要更换首先进行必要的检测和判断。那些工作年限久远、发生过重大事故的机组应该及时的更换。如果没必要进行更换的定子铁心机组，要以扩容条件为基础，辅助定子绕组的改造，积极优化铁心设计，改善冷却条件，重新迭片，还要将那些不合格的格硅鋼片进行及时更换。发电机电磁损耗比较重要的方面就是铁心损耗。热轧硅钢片或有取向冷轧硅钢片是早期的机组定子铁心多数会使用的材质，磁滞损耗较大，长时间使用会造成铁心松动，绝缘老化，涡流损失增加，性能优越的高导磁、低损耗的无取向冷轧硅钢片是理想的材料。

1.4 推力轴承的改造

工作中的水轮发电机，全部的轴向负荷是由推力轴承来承担的。水轮发电机能够持久稳定的运行很大程度上要受到推力轴承工作性能好坏的影响。机组最终容量确定以后，以新的资料为基础，复核推力轴承的推力负荷，这样做是为了检验推力负荷是否达到了扩容的标准，然后以实际情况为准最终判断是否要改造推力轴承。巴氏合金瓦是旧有的推力轴承多会采用的材料，它的损耗较大，还有会有发生烧瓦等诸多缺点。就现阶段的发展而言，弹性金属塑料瓦技术已然呈现出良性的发展趋势，成本上还有一定的优越性，使用率比较高，巴氏合金推力瓦很可能会退出历史舞台。不同于巴氏合金瓦，弹性金属塑料瓦的摩擦系数小、低温状态下也能直接启动，优势比较明显，可以在应用的范围内。

2 电气主接线及短路电流的计算复核

2.1 电气主接线

一般情况下工作时间长的电站都是需要改造的对象，但它们的基础设施比较完备，送出工程及与系统连接地点都是比较明确的，一般是不可改变的，所以已经没有必要对接入系统有过多的涉及，如果主接线设置合理，就可以保留，以规范和短路电流计算成果为准，进行设备机组容量的复核和选择即可。有的电站经过多次修改，原有的设计的主接线形式已不复存在，出现了不合理的接线方式，影响安全运行的隐患比较大，应优化主接线方案，还要复核送出线路的输送容量和电压降、电站内部电流互感器变比、电气设备动热稳定和开断电流是不是能够符合增效扩容要求。要保证送出电压等级和接入系统点不改变，如若不然会增加资金的投入力度，造成浪费。一旦主接线的接线方式或运行方式改变，往往会牵涉出电力系统的计量、保护方式和保护整定值等方面的内容，要保持与电力系统的密切联系。

2.2 短路电流

旧有的电力系统容量普遍是比较低的，改造中进行了扩大，结构的变化也会产生，在改造的促进下，电气参数变化也是比较正常的。所以应以现阶段或未来一段时间内的电力系统的参数为准，重新复核计算短路电流，进而复核现有电气设备的开断能力，或重新选择电气设备的型式和参数。在进行机组增效扩容时，老化设备会随之更换，之所以进行这样的操作，是因为能够大幅度提升电站运行的安全可靠性，为企业的经济效益提供一定的推动力量。

3 电气设备的选择与布置

安全可靠、技术先进、维护方便和经济合理是选择电气设备所应该遵循的原则，最为关键的还要适合水电站。增效扩容后的参数和短路电流计算结果是电气设备在选择上的依据，以便最大限度的保障更换后的电气设备能够符合发展的要求。另外设备基础、支架、房间的尺寸和开关站的位置具有一定的固定性，因此在电气设备型式的选择上要将其全面的考虑，尽量利用已有基础。

4 接地系统的检查与修复

水电站接地系统在一定程度上能够对设备和工作人员的安全产生影响。接地电阻值能够保障电站安全运行的关键参数，不仅要最大限度的符合工频短路电流的标准，满足雷电冲击电流也应该特别给予关注，但是我们发现在实际的改造过程中，很多工作人员对这方面往往是一带而过，没有当做重点内容来对待。水电站建成和使用的年限比较久远，对厂房、尾水渠及大坝下方的地下或水下接地网进行改造不是一件容易的事，甚至是不可完成的，这就需要采用改造户外开关站的接地网和外引增加接地网面积等方式。这里需要强调的一点是要以规范为基准，复核接能和跨步电势，以便能够在标准的范围内。接地网系统比较优良的情况下，可不必进行接地网的改造，只要对一些接触不好的、裸露在外受到锈蚀的进行修复就可以了。

5 结束语

通过文章的分析使我们能够充分了解到小型水电站水轮发电机的增效扩容改造是一个比较复杂的系统工程，涉及到众多方面，需要考虑的问题也很多，应引起重视，改造前要做好充分的准备工作，使各项指标都能达到要求，进而在安全和经济上都能给予水电站水轮发电机运行上可靠的保证。

参考文献

[1]陈锡芳.水轮发电机改造增容与优化运行[M].中国水利水电出版社，2010.

[2]李经禄.接地装置的运行与改造[M].中国水利水电出版社，2005.

[3]覃忆油.小型水电站增效扩容改造技术[J].科技传播，2014.