浅析水力发电厂电气设备系统改造技术

韩云

（贵州 贵阳 550000）

浅析水力发电厂电气设备系统改造技术

韩云

（贵州 贵阳 550000）

电气设备系统改造对于水力发电厂具有重大的意义，不但能够确保电气设备安全、高效的运行，而且还能够实现水力发电厂经济利益的最大化。本文通过对实际案例，分析了水力发电厂电气设备系统存在的问题及其改造升级的必要性，同时从电气综合保护系统、计算机监测与控制系统以及高低压开关设备等方面分析了水力发电厂电气设备系统改造技术。

水力发电厂；电气设备系统；改造技术

引言

电力能源对于我国经济建设的发展与进步具有十分重要的影响，在保证国民经济可持续发展方面具有不可替代的作用。同时，科学合理的电气设备系统设计对水力发电厂具有重要的影响，因此，需要全面做好水力发电厂电气设备系统的升级改造工作。笔者结合实践经验和实际案例分析，就水力发电厂电气设备系统改造技术进行初步的分析与探究。

1 案例概况

某水力发电厂于1996年5月份开工，1998年7月下闸蓄水，并于同年9月开始运营发电。设计库容为3400m3，总装机容量为2.5×10MW，年平均发电量约为5100kW/h。近些年来，随着科学技术的快速发展，多数电气设备已经非常落后，严重的影响了发电成的经济效益。因此，该电厂计划对相关电气设备进行技术改造和升级，实现设备自动化，以创造更好的经济效益。

2 水力发电厂电气设备系统的现状

该水力发电厂运行时间较长，电气设备面临着老化、安全性差、技术性能低等各种问题，这不但已经严重影响了水利发电厂的正常运行，而且也阻碍了当地居民生活、生产活动以及经济发展等。该水力发电厂电气设备的主要问题表现为：①控制系统陈旧、老化，安全性差，同时由于技术落后致使控制系统不能正常运行，有时会出现小事故。②机组LCU采用工控机，其PLC产品较为落后，与最新控制设备之间的问题较大，同时导致多数功能受限。③与机组配套使用的部分自动化元件使用时间较长，其控制性能差、安全系数低。④电气设备保护系统比较落后，系统功能不完善，尤其是系统外壳防护等级技术非常落后，应当及时进行淘汰更新。

3 水力发电厂电气设备系统改造的必要性

对于某些水力发电厂而言，电气设备改造工作必须引起高度重视，这在很大程度上影响着当地居民的正常生活和生产活动。水力发电厂电气设备系统改造的必要性主要表现两个方面：

（1）水力发电厂能够对地经济建设发展过程中的影响非常明显，如果水利发电厂停止运营，不但会给当地造成巨大的经济损失，而且还会严重影响着当地居民的正常生活和生产活动，同时其后续影响也难以准确估量。因此，水力发电厂设备系统的改造升级已经是势在必行。

（2）随着科学技术的快速发展，越来越多的高新技术被广泛应用于水力发电厂，例如，水电站计算机监控系统和保护技术等综合自动化技术在部分中小型水电站实现了较为普遍的应用，且取得了良好的效果。高新技术成功的投入到中小型水电站，不但实现了“无人值班”的目标，而且还极大程度的提高了水电站的安全系数和可靠性，同时也成功实现了水电站电力系统调度自动化要求的遥测功能、遥信功能、遥调功能以及遥控功能。同时，随着科学技术的不断发展，综合自动化技术在中小型水电站中已经实现了普遍使用。这些最新技术设备能够在在多个厂家买到，具有性能强、可靠性高、性价比高等有点，一方面能够满足水利发电厂电气设备综合自动化改造的技术要求，一方面还能够解决其“五防”、开关柜产品的外壳防护等级高等问题。

总而言之，该水利发电厂电气设备系统改造工作应当即可进行。

4 水力发电厂电气设备系统的改造升级

根据该水力发电厂电气设备控制系统性能差、设备陈旧、安全性差以及防护等级技术落后等现状，重点对电气综合保护系统、计算机监测与控制系统以及高低压开关设备等方面进行升级改造。

4.1 计算机监测与控制系统改造

该水电站由于建造年代较早，原有的计算机监控系统非常落后，且相应的技术和设备已经被淘汰。因此，本次改造的计算机监控系统采用全分层分布形式，分为发电厂监控层、现地控制层两层，且监控层与控制层之间采用100MB以太网总线，构建可靠性极强的双冗余结构。发电厂控制层是水力发电厂的实时监控中心，其主要功能是负责发电厂的自动化功能、采集和处理来自现地控制层的数据、监视全站设备运行、事故和故障报警、人工干预运行设备、修改和设置监控系统各种参数、与现地控制层和发电厂管理以及水情测报系统之间的通信。现地控制层共设置3套控制单元（LCU），包括 2套机组（LCU）、1套升压站、公用设备（LCU），其中机组（LCU）布置于主厂房发电机层机组旁边，升压站和公用设备（LCU）布置于中控室。改造后的计算机监控系统主站、升压站及公用LCU屏布置与中控室，机组（LCU）屏布置与主厂房运行层机组旁边，LCU屏布置有测量发电机电流、电压、有用功以及电能等参数的变送器和多功能电测仪表。

经改造，现有的计算机监控系统技术先进、安全系数高以及经济性高，不但实现了水电厂AGC、远方开停机以及负荷调整等目标，符合了监控系统调度的自动化要求，而且还成功实现了机组间负荷分配的最优化，从而提高了其安全性、稳定性、经济性及水能利用率。

4.2 电气综合保护系统

电气综合保护系统改造应当以实现全微机保护为目标。该发电厂原发电机的保护屏、主变保护屏、常用变压器保护回路均为继电器保护装置，应当全部进行更新；原35kV线路保护为90年代国产早期保护装置，由于通信接口不一致、备件困难等，将其一起列为改造对象。

改造后的发电厂元件均使用技术先进、安全系数高、可靠性强的微机元件保护装置，且这些保护装置具备与计算机监控系统通信接口的功能。电气设备微机保护系统主要包括发电机保护系统、35kV主变压器保护系统、35kV线路保护系统以及6kV厂用变压器保护系统。其中，35kV线路保护系统应当根据电力系统的要求来配置，本次改造使用的保护装置为南瑞RCS系列新一代线路保护装置。微机保护系统主要由四面屏组成，布置与中控室。发电厂的发电机各设置1面保护屏，屏内配置有全套微机保护装置以及断路器操作继电器箱；主变压器设置1面保护屏，屏内配置有35kV双圈变压器微机保护装置和断路器操作继电器箱；二回35kV线路保护设置1面保护屏；6kV厂用变微机保护装置布置于主变保护屏上。

4.3 电气设备布置

主控楼位置和楼外通道根据发电厂所处地区的地形、地貌等条件来设置。主控楼建筑主体结构、通道设置以及室内设备布置等均按照相关规程、规范、防火要求以及建筑功能要求等进行合理的设计。110kV配电装置采用户外集中式进行布置，而35kV配电装置采用屋内开敞式进行布置，且布置于单独的35kV配电装置楼。

4.4 高低压开关柜设备的改造

将该发电厂原有的8台GBC-35型35kV开关柜全部淘汰，改换升级为KYN型开关柜，其具有技术先进、安全系数高、可靠性强等优点。上述两种柜型的设备配置、外形尺寸不符，因此，改造后的35kV开关柜共有11台。同时，鉴于楼板原有的开孔位置，KYN型开关柜底部出线孔应当尽可能利用原有的楼板开孔，因此，在高低压开关柜设备改造过程中，有针对性的对开关柜布置位置进行了设计。5kV开关柜选择使用KYN-40.5柜型，其主要特点包括：①柜体采用抗腐蚀性极强的敷铝锌板双重折弯成型，由螺栓和拉铆螺母连接而成，整个柜体无焊接；②由于柜体采用了复合绝缘结构、空气绝缘结构以及最佳电场设计，其结构紧致、占地小；③具备“五防”连锁机构和可靠的闭锁装置，可以避免错误操作，确保设备安全以及人身安全，操作简单，可靠性强；④柜体内部配置有新型全绝缘真空断路器，其手车进出操作便捷。

5 结语

水力发电厂在城市社会以及整个国家的经济发展、社会稳定以及各种生产活动等方面具有极为重要的作用。因此，相关部门必须充分重视水力发电厂电气设备系统的的改造升级，切实提高发电厂电气设备系统的技术水平，确保发电厂能够与时俱进，逐步实现电气设备系统自动化，为电气设备系统的安全、高效运行以及发电厂的经济利益最大化提供保障。本文结合实际案例，分析了发电厂电气设备系统的现状及其改造的重要意义，并通过分析和研究确定了本次改造的重点对象，以期能够为其他发电厂电气设备系统的改造升级提供理论依据。

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[3]吴永波.浅析变电站电气设备改造设计[J].中国新技术新产品，2012（8）：103～104.

TV734

A

1004-7344（2016）18-0224-02

2016-6-1

韩 云（1983-），男，仡佬族，贵州遵义人，助理工程师，本科，主要从事工作和研究方向是水电厂电力技术方面。