普定水電站增容改造工程電氣一次設(shè)計(jì)

黎家海，陳丹燕

(1.普定水電站，貴州 普定 562100；2.中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081)

1 電站概況

普定水電站位于烏江上游南源貴州省普定縣三岔河中游，距貴陽(yáng)市125 km。水庫(kù)正常蓄水位1 145 m，總庫(kù)容4.21億m3，為不完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)。原總裝機(jī)容量75 MW，共裝設(shè)3臺(tái)25 MW立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，年平均發(fā)電量3.16億kW·h。電站于1989年12月開工建設(shè)，1993年11月開始蓄水，1994年5月第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電。投產(chǎn)至今已運(yùn)行了24 a，多數(shù)設(shè)備已到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限。同時(shí)，受當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)、制造條件的限制，設(shè)備及其配套設(shè)施較差，電站運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了一系列的問(wèn)題。為此，2015年6月業(yè)主對(duì)電站機(jī)組進(jìn)行了增容改造，改造后總裝機(jī)容量為87 MW，共裝設(shè)3臺(tái)單機(jī)容量29 MW的立軸混流水輪發(fā)電機(jī)組。

2 電氣主接線

普定水電站發(fā)電機(jī)電壓側(cè)接線采用發(fā)變組單元接線，110 kV側(cè)采用單母線分段接線，35 kV側(cè)采用單母線分段接線；1、3號(hào)三繞組變壓器35 kV中壓出線經(jīng)兩段35 kV母線、通過(guò)四回35 kV出線引出，在發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)專用真空型發(fā)電機(jī)出口斷路器。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采用經(jīng)避雷器的接地方式。雙繞組變壓器110 kV側(cè)中性點(diǎn)設(shè)置有放電間隙和避雷器，三繞組變壓器高壓中性點(diǎn)設(shè)置有放電間隙和避雷器，中壓側(cè)中性點(diǎn)采用經(jīng)避雷器的接地方式(見圖1)。

3 增容改造的必要性與目標(biāo)

3.1 改造的必要性

(1)發(fā)電機(jī)定子線圈絕緣等級(jí)低，為B級(jí)絕緣。

(2)發(fā)電機(jī)出口開關(guān)及開關(guān)柜故障多，備品備件難以采購(gòu)。

(3)發(fā)電機(jī)出口母線為鋁母排套熱縮管，投運(yùn)至今未進(jìn)行更換，接頭溫度高、絕緣老化嚴(yán)重。

(4)主變壓器損耗大，絕緣老化嚴(yán)重，存在不同程度滲漏；主變壓器設(shè)計(jì)方案不合理，瓦斯繼電器、壓力釋放閥預(yù)試時(shí)不能按規(guī)程規(guī)定校驗(yàn)，通風(fēng)冷卻效果差。

(5)廠用變壓器損耗大，不符合當(dāng)下國(guó)家節(jié)能降耗要求。

(6)電纜橋架多處由于老化及電纜布置較多而損壞嚴(yán)重。

3.2 改造的目標(biāo)

工程電氣一次主要改造范圍為：水輪發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)母線、主變壓器、干式變壓器、壩區(qū)0.4 kV開關(guān)柜、電纜橋架等。

4 改造內(nèi)容

4.1 發(fā)電機(jī)的改造

普定水電站機(jī)組技術(shù)改造的主要目的除了技術(shù)更新、消除老化設(shè)備、提高機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性外，另一個(gè)目的是增加機(jī)組的額定出力，提高電站發(fā)電效益。根據(jù)論證分析，確定全廠3臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組以技術(shù)改造為主，適當(dāng)增容；水輪機(jī)額定出力由25.64 MW增大到29.78 MW，發(fā)電機(jī)額定容量由25 MW增容到29 MW，機(jī)組額定轉(zhuǎn)速由原來(lái)的187.5 r/min增加到200 r/min。根據(jù)本電站現(xiàn)有發(fā)電機(jī)參數(shù)，結(jié)合目前新建電站參數(shù)水平，確定電站發(fā)電機(jī)額定電壓仍為10.5 kV。發(fā)電機(jī)原絕緣等級(jí)為B/B級(jí)，等級(jí)太低，不符合目前發(fā)電機(jī)技術(shù)水平，改造后絕緣等級(jí)為F/F級(jí)(見表1)。

圖1電氣主接線示意

表1改造前后水輪發(fā)電機(jī)組的主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比

改造前改造后型 號(hào)SF25—14/3330SF—J29—30/5900額定有功功率/MW2529額定電壓/kV10.510.5額定電流/A1 7181 876額定轉(zhuǎn)速/(r·min-1)187.5200絕緣等級(jí)B級(jí)F級(jí)

4.2 主變壓器

主變壓器更換或改造原因：

(1)機(jī)組改造增容的需要。水輪發(fā)電機(jī)已增容，發(fā)電機(jī)額定容量為29 MW，在主接線不變的情況下，相匹配的主變壓器額定容量為35 000 kVA(原主變壓器容量31 500 kVA)。

(2)主變壓器安全運(yùn)行的需要。普定電站主變壓器已運(yùn)行23 a，已接近主變壓器25 a的安全運(yùn)行年限。

(3)節(jié)能降耗的需要。普定電站主變壓器型號(hào)為8系列產(chǎn)品，根據(jù)國(guó)家節(jié)能降耗相關(guān)規(guī)程規(guī)范和貴州省2010年版《110 kV變電所標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)》，均要求新建或改造項(xiàng)目的主變壓器型號(hào)采用節(jié)能產(chǎn)品，主變型號(hào)要求10系列以上。

主變壓器能耗的高低直接影響生產(chǎn)成本，且長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行下由于損耗導(dǎo)致的能量浪費(fèi)非常巨大。所以為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能政策和電站的長(zhǎng)期發(fā)展，采用新型低能耗變壓器勢(shì)在必行(見表2)。

4.3 廠用變壓器

廠用變壓器更換或改造原因：為了滿足變壓器安全運(yùn)行的需要，電站廠用變壓器已運(yùn)行多年，原變壓器采用的是油浸式變壓器；改造后的廠用變壓器采用新型低能耗非晶合金變壓器(見表3～表5)。

表2改造前后主變壓器的主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比

改造前改造后型號(hào)SFLF—31500/110SS35000/110S35000/110額定容量/MVA31.53535額定電壓/kV121±2×2.5%/10.5 kV121±2×2.5%/38.5±2×2.5%/10.5 kV121±2×2.5%/10.5 kV聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)YN,d11YNyn0d11Ynd11冷卻方式油浸水冷自冷自冷空載損耗/kW34.5≤24.1≤143.1負(fù)載損耗/kW145≤147.1≤122.8

表3改造前后隔離變壓器的主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比

改造前改造后型號(hào)S7—1250/10.5SCB13—1250/10.5額定容量/kVA1 2501 250額定電壓10.5±2×2.5%/10.5 kV10.5±2×2.5%/10.5 kV聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)Y,Y12Y,Y12空載損耗/kW≤2.2≤1.26負(fù)載損耗/kW≤13.8≤8.72絕緣等級(jí)F級(jí)F級(jí)

表4改造前后廠區(qū)變壓器的主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比

改造前改造后型號(hào)SC—500/10.5SCBH15—630/10.5額定容量/kVA500630額定電壓10.5±4×2.5%/0.4 kV10.5±2×2.5%/0.4 kV聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)D,yn11D,yn11空載損耗/kW≤1.73≤0.41負(fù)載損耗/kW≤5≤5.26絕緣等級(jí)F級(jí)H級(jí)

表5改造前后壩區(qū)變壓器的主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比

改造前改造后型號(hào)SC—200/10.5SCBH15—250/10.5額定容量/kVA200250額定電壓10.5±4×2.5%/0.4 kV10.5±4×2.5%/0.4 kV聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)D,yn11D,yn11空載損耗/kW≤0.9≤0.23負(fù)載損耗/kW≤2.5≤2.46絕緣等級(jí)F級(jí)H級(jí)

5 電纜橋架的改造

原電纜橋架存在安裝不規(guī)范、電纜線外露、電纜橋架設(shè)計(jì)偏小、無(wú)防火隔板等現(xiàn)象，經(jīng)與電站運(yùn)行維護(hù)人員協(xié)調(diào)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察，特對(duì)本工程制定了改造方案。

電纜橋架采用鋼制電纜橋架(鋼制外殼內(nèi)裝無(wú)機(jī)防火槽盒、防火護(hù)罩)，電纜吊架的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮電纜檢修、維護(hù)及電纜串層要求。垂直靠墻安裝的電纜橋架采用復(fù)合托盤式豎井橋架(鋼制外殼內(nèi)裝無(wú)機(jī)防火槽盒、防火護(hù)罩)，電纜溝內(nèi)壁架采用裝配型托臂。電纜橋架內(nèi)的無(wú)機(jī)防火槽盒為一次成型，防火槽盒與電纜橋架嵌裝，其規(guī)格與電纜橋架配套并在制造廠與電纜橋架一起裝配。對(duì)原來(lái)在安裝過(guò)程沒(méi)有設(shè)置防火隔板的部分橋架進(jìn)行了增設(shè)防火隔板的措施，電纜有外露的地方增加了電纜橋架寬度及深度，并且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)凌亂的電纜進(jìn)行了規(guī)整。對(duì)之前支吊架設(shè)置不合理的地方重新規(guī)劃并且補(bǔ)裝。改造后的電纜橋架采用熱鍍鋅表面處理，較原來(lái)更美觀耐用。

6 結(jié) 語(yǔ)

普定水電站進(jìn)行提效增容改造是電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行現(xiàn)實(shí)性的要求，同時(shí)也符合電站正常更新規(guī)律。通過(guò)對(duì)陳舊設(shè)備的改造，增加了機(jī)組容量和水庫(kù)的調(diào)節(jié)能力，順應(yīng)國(guó)家節(jié)能降耗要求。采用性能優(yōu)良的主變壓器、廠用變壓器等性能指標(biāo)優(yōu)的設(shè)備，延長(zhǎng)了設(shè)備的檢修周期、減少了檢修費(fèi)用且設(shè)備安全性大幅度提高。截至目前，電站首臺(tái)改造機(jī)組已順利投產(chǎn)，第二臺(tái)改造機(jī)組已完成充水前的準(zhǔn)備工作，較好地達(dá)到了改造前的預(yù)期目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)：電氣一次[M].北京:水利電力出版社,1982.

[2] 顧四行.小型水電站技術(shù)改造應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題[J].水利水電工程設(shè)計(jì),2012，31(1)：23_24.

[3] 陳曉健.浙江省農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造試點(diǎn)項(xiàng)目管理探討[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2013(4):118_120.