眉县万家塬水电站电气设备技术改造浅论

雷娟（陕西省渭南市洛惠渠管理局陕西渭南715100）

眉县万家塬水电站电气设备技术改造浅论

雷娟
（陕西省渭南市洛惠渠管理局陕西渭南715100）

眉县万家塬水电站建于上个世纪90年代，原机组设备技术落后、配置标准低，自动化水平低，经过多年运行，电气设备老化严重，安全隐患日益突出，严重影响了电站安全稳定高效的运行。文章在对这些问题分析的基础上，提出了对电站电气设备改造的技术措施和对策，提高了电站的安全生产能力和自动化水平。

万家塬水电站；电气设备；技术改造

1　工程概况

万家塬水电站位于眉县横渠镇万家塬村境内。距横渠镇约12km，距眉县县城约40km。万家塬水电站是石头河水库西安供水渠道上建设第三级水电站，也是宝鸡市农村初级电气化县建设的重点电源项目之一。始建于1997年10月，1998年12月28日并网发电。原电站设计水头22.2m；最大水头24.7m；最小水头21.7m；发电引用流量5.76m3/s。电站安装3台同型号混流式水轮发电机组，单机容量为320kW，总容量为960kW。实际多年平均发电量435万kW·h，年利用小时数4531h。主接线采用单母线接线，经一台变压器和一条10kV线路送出。主要建筑物为引水渠道，前池，压力管道，主厂房，副厂房，尾水渠，室外变电站及宿办楼等。发电电能通过12km输电线路并入眉县青化供电所。工程规模为小（2）型工程，工程等别为V等，主要建筑物为5级。

2　电站技术改造的原因及必要性

由于电站建于20世纪90年代，由于当时的条件不足、技术水平落后，生产出来的设备普遍存在质量差、精度低、设备兼容性低等问题；机组自动化程度较低，且许多部件的零配件在市场上已买不到，电站经过多年的连续运行，机电设备部分老化失修、强度降低、故障率增高，相当一部分电气设备属淘汰产品，设备隐患多，电站运行的安全性、效率、可靠性低，电站经济效益不高。因此，进行技术更新改造，对增加电站安全性，提高经济效益具有重要的意义。

3　电站电气设备的现状

3.16.3kV高压柜

电站现使用的10kV GG-1A型高压开关柜，为我国五十年代从国外引进技术生产的无“五防”设计的高压开关柜，该柜型为固定式高压开关柜，柜内开关采用SN-10系列少油断路器，柜顶母线裸露安装，无“五防”设计要求，容易造成误操作。目前，电力行业要求淘汰该产品。

3.2低压配电屏及动力控制箱

电站0.4kV低压配电装置由PGL-1型低压配电屏组成，该屏为开敞式结构，屏体不封闭、防尘、防火性能差、安全防护等级低，柜内开关、母线裸露安装、操作安全性差，目前为电力行业明确规定的淘汰产品，该配电装置外壳、二次接线端子锈蚀严重，故障多、影响正常运行。

3.3综合自动化系统

电站当年建设时期正处在国家计划经济向市场经济过度，由于资金、技术等原因，电站自动化设备选择的水平较低，控制、保护等设备主要由老式的继电器来完成，电站在十年来的运行中，经常出现保护误动、使天关跳闸而引起机组停机，保护、控制等设备损坏严重，设备的可靠性大大降低，近一段时间以来，其故障较多影响机组安全运行。老式的电磁继电控制设备，目前国内没几个厂家生产了，订货已经很困难，今后的设备维修备品更是难买到。由于电站自动化水平低、设备可靠性差，频繁跳闸对电网的冲击大、威胁机组安全，电力部门每一次安全检查，都要下发整改通知。

3.4直流电源系统

电站无直流电源系统，保护、操作电源为交流电源，可靠性差。

3.5励磁系统

要使发电机安全和稳定的运行，发电机励磁系统的性能是关健，电站现采用自复激可控硅励磁方式，此方式故障较多、并网困难，影响机组安全运行。

3.6调速器控制系统

万家塬水电站不参与调频，现调速器型号为TT-300，随机组配套。该调速器仅作用于正常开、停机、调节正常有功负荷以及事故停机，纯手动操作。其结构简单、无油压装置，兼容性能差，如果与可控硅励磁装置配合，在事故停机时发电机开关跳闸联动跳灭磁开关，发电机失压，调速器就失去操作电源而无法关机，常造成飞车事故。

4　电气设备改造

4.1电气设备改造内容

结合万家塬水电站电气设备存在的问题，对电气设备进行改造，并提高电站的综合自动化程度，具体改造包括以下几个方面：

①电站的10kV GG-1A型无“五防”设计的高压开关柜进行更换改造；

②低压配电屏及动力控制箱进行更换改造；

③电站的综合自动化系统（机组控制、开关控制，机组、线路、变压器保护）进行更换改造；

④增加电站直流电源系统；

⑤电站励磁系统进行更换改造；

⑥电站调速器控制系统进行更换改造。

4.2电气设备选型

4.2.110kV高压开关柜

根据电站具体情况，对电站10kV GG-1A型开关柜改造，采用更换改造的办法，选用目前电力行业广泛使用的XGN-10型固定式高压开关柜，该开关柜设计的机械闭锁装置，采用“五防”设计，内装ZN28A-10Z型真空断路器，安全性高、操作灵活方便，且柜体宽度、深度、高度与原开关柜相同，可利用原有土建基础，大大节省了工程投资。

高压开关柜内的主要设备型式：

真空断路器ZN28A-10Z，操作机构为弹簧操作机构；电流互感器LZZJ-10；电压互感器JDZJ—6；氧化锌避雷器HY5WZ1—10/27x2；带电显示装置GSN—10；温湿度控制器WSK-H（TH）。

整柜参数如下：

额定电压10kV，额定电流1000A，最大工作持续电流1000A，频率50Hz，绝缘水平：

①工频耐压42kV；

②冲击耐压75kV；

③动稳定电流63kA；

④热稳定电流和持续时间25kA/4s。

4.2.2低压配电屏及动力控制箱

对电站0.4kV低压配电屏更换改造设计选用GGD型交流低压配电屏，原动力控制箱改造更换为XL-21型动力控制箱。该屏是按照现代工业产品选型设计的要求，采用黄金分割比的方法设计柜体和各部分的分割尺寸，使整柜美观、大方，面目一新，具有安全、经济、合理、可靠、分断能力高，动热稳定性好，电气方案灵活，防护等级高等特点。且柜体宽度、深度、高度与原开关柜基本相同，可利用原有土建基础，大大节省了工程投资。

4.2.3综合自动化系统

对电站综合自动化采用更换改造的办法，设计选用目前水电行业普遍选用的先进的、可靠的、有成功经验的水电站微机综合自动化（水电站计算机监控）设备。

监控系统由厂级计算机层和现地控制单元组成，现地控制级有4台LCU，分别执行对应于三台机组，开关站/公用设备等的实时监控。LCU即作为全厂监控系统的现地控制层，向电厂级上行发送采集和各种数据、事件信息，接受电厂级的下行命令对设备进行监控，在上位机或网络故障时又能独立工作。因此在系统总体功能分配上，数据采集和控制操作的主要功能均由LCU完成。

4.2.4直流电源系统

对电站直流电源采用目前先进的智能高频开关免维护直流电源装置。选用的型式为高频单充电机电池单母线直流系统，型号为-220V/100AH，电池容量为100AH。

直流系统主要由高频开关充电装置，馈电、控制、绝缘监测、母线调压、电池及微机监控等装置组成。

4.2.5励磁系统

对电站励磁系统采用更换改造的办法，设计选用现代微机励磁装置，该装置除了可维持电压恒定和无功调节外，还可维持电力系统稳定。微机励磁系统是以微机为核心，辅以大规模集成电路而组成的新型励磁调节装置，该系统采有模块化设计，具有功能齐全，软件丰富，硬件电路少，结构简单，易于扩展，维护方便，通用性强，可靠性高等优点。

励磁系统采用微机型双通道自并激晶闸管静止励磁系统，它是由励磁变压器、功率整流装置、灭磁装置、转子过电压保护、微机励磁调节器、起励装置、励磁控制保护装置、变送器及仪表等部分组成。

4.2.6调速器控制系统

对电站调速器采用更换改造的办法，设计选用高油压微机调速器，其主要特点为：高油压、体积小、简单、可靠。本改造方案能保证水轮发电机组在空载时转速稳定，在机组并网后能保证机组负荷稳定，并且各项性能指标满足国家标准的要求。

调速器电气部分采用高可靠性进口可编程；电液转换部件采用高压数字阀。压油装置压油罐采用气囊式蓄能器，油压为16MPa。

5　结语

眉县万家塬水电站电气设备的技术改造，效果显著，各部分设备具有自动化运行水平，通过优选先进智能的电气设备，电站在运行的3年里，无任何的电气设备事故发生，有效提高了电站运行的安全可靠性和经济效益。陕西水利

（责任编辑：畅妮）

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