孫浩

摘 要：受使用年限的制約，我國很多小型水電站水輪發(fā)電機都出現(xiàn)了老化等問題，需要進行增效擴容改造。文章主要針對水輪發(fā)電機增效擴容改造的合理選取、電氣主接線及短路電流的計算復核、電氣設備的選擇與布置、接地系統(tǒng)的檢查與修復等方面問題進行了分析，希望通過文章的分析，對相關工作具有一定的參考價值。

關鍵詞：水輪發(fā)電機；增效擴容；改造設計

1 水輪發(fā)電機增效擴容改造的合理選取

1.1 定子繞組轉子繞組的改造

在進行發(fā)電機增效擴容改造時，應考慮這樣的原則，那就是增容后機組轉速保持不變，發(fā)電機極對數(shù)也是不變的。而要想實現(xiàn)增容，就要改變原定子繞組，增大繞組線規(guī)，降低繞組電阻，使繞組電阻發(fā)熱總量低于原繞組。絕緣浸漆工藝也是需要改變的部分，需要從B級提高到F級，采用新型的耐壓高、介質損耗低的絕緣材料，降低絕緣厚度，這樣做是為了最大限度的增加線規(guī)。

當定子繞組和轉子繞組在F級后，還要控制機組溫度在合理的區(qū)間內，各項指標正常，最大限度的保證機組的工作效率。就一般情況而言，設計發(fā)電機定轉子繞組時都會有一定的裕量，在機組增容10%～15%的區(qū)間里，定轉子繞組變動的可能性是不大的。但當機組增容在一個比較大的幅度時，就應根據(jù)實際的增容情況判斷需要的匝數(shù)及繞組截面積，再有針對性的改換定子和轉子繞組。增容幅度比較大時，由于機墩受限或其他原因無法和增容后的水輪機出力相一致時，更換定轉子繞組的方法同樣適用。

1.2 通風冷卻系統(tǒng)的改造

發(fā)電機的溫度和擴容也會受到通風冷卻系統(tǒng)優(yōu)良與否的影響。受到科學技術發(fā)展水平的制約，我國早期的發(fā)電機冷卻器和風機的通風冷卻系統(tǒng)問題還是比較突出的，散熱效果不佳、工作效率低、噪音大都是其中的方面，正因為如此就比較容易出現(xiàn)結垢、銹蝕、堵塞等情況，冷卻會受到阻礙，機組溫度持續(xù)增加。所以進行更換是比較好的方法。

自然冷卻或通風管冷卻的方法在一些小型機組中使用比較多，發(fā)電機直接與室外相通，環(huán)境溫度將直接作用于發(fā)電機的溫度。這一點在南方地區(qū)表現(xiàn)得比較突出，不工作的機組，發(fā)電機艙中可能會混入潮濕空氣或蚊蟲會，很可能造成發(fā)電機的絕緣，所以對于那些絕緣性能差的機組，開啟前要先加熱驅潮。電站應采取冷卻器冷卻方式，實踐證明冷卻效果比較好。

1.3 定子鐵心的改造

大量事實證明，故障點在定子鐵心處是很少的，決定其是不是要更換首先進行必要的檢測和判斷。那些工作年限久遠、發(fā)生過重大事故的機組應該及時的更換。如果沒必要進行更換的定子鐵心機組，要以擴容條件為基礎，輔助定子繞組的改造，積極優(yōu)化鐵心設計，改善冷卻條件，重新迭片，還要將那些不合格的格硅鋼片進行及時更換。發(fā)電機電磁損耗比較重要的方面就是鐵心損耗。熱軋硅鋼片或有取向冷軋硅鋼片是早期的機組定子鐵心多數(shù)會使用的材質，磁滯損耗較大，長時間使用會造成鐵心松動，絕緣老化，渦流損失增加，性能優(yōu)越的高導磁、低損耗的無取向冷軋硅鋼片是理想的材料。

1.4 推力軸承的改造

工作中的水輪發(fā)電機，全部的軸向負荷是由推力軸承來承擔的。水輪發(fā)電機能夠持久穩(wěn)定的運行很大程度上要受到推力軸承工作性能好壞的影響。機組最終容量確定以后，以新的資料為基礎，復核推力軸承的推力負荷，這樣做是為了檢驗推力負荷是否達到了擴容的標準，然后以實際情況為準最終判斷是否要改造推力軸承。巴氏合金瓦是舊有的推力軸承多會采用的材料，它的損耗較大，還有會有發(fā)生燒瓦等諸多缺點。就現(xiàn)階段的發(fā)展而言，彈性金屬塑料瓦技術已然呈現(xiàn)出良性的發(fā)展趨勢，成本上還有一定的優(yōu)越性，使用率比較高，巴氏合金推力瓦很可能會退出歷史舞臺。不同于巴氏合金瓦，彈性金屬塑料瓦的摩擦系數(shù)小、低溫狀態(tài)下也能直接啟動，優(yōu)勢比較明顯，可以在應用的范圍內。

2 電氣主接線及短路電流的計算復核

2.1 電氣主接線

一般情況下工作時間長的電站都是需要改造的對象，但它們的基礎設施比較完備，送出工程及與系統(tǒng)連接地點都是比較明確的，一般是不可改變的，所以已經沒有必要對接入系統(tǒng)有過多的涉及，如果主接線設置合理，就可以保留，以規(guī)范和短路電流計算成果為準，進行設備機組容量的復核和選擇即可。有的電站經過多次修改，原有的設計的主接線形式已不復存在，出現(xiàn)了不合理的接線方式，影響安全運行的隱患比較大，應優(yōu)化主接線方案，還要復核送出線路的輸送容量和電壓降、電站內部電流互感器變比、電氣設備動熱穩(wěn)定和開斷電流是不是能夠符合增效擴容要求。要保證送出電壓等級和接入系統(tǒng)點不改變，如若不然會增加資金的投入力度，造成浪費。一旦主接線的接線方式或運行方式改變，往往會牽涉出電力系統(tǒng)的計量、保護方式和保護整定值等方面的內容，要保持與電力系統(tǒng)的密切聯(lián)系。

2.2 短路電流

舊有的電力系統(tǒng)容量普遍是比較低的，改造中進行了擴大，結構的變化也會產生，在改造的促進下，電氣參數(shù)變化也是比較正常的。所以應以現(xiàn)階段或未來一段時間內的電力系統(tǒng)的參數(shù)為準，重新復核計算短路電流，進而復核現(xiàn)有電氣設備的開斷能力，或重新選擇電氣設備的型式和參數(shù)。在進行機組增效擴容時，老化設備會隨之更換，之所以進行這樣的操作，是因為能夠大幅度提升電站運行的安全可靠性，為企業(yè)的經濟效益提供一定的推動力量。

3 電氣設備的選擇與布置

安全可靠、技術先進、維護方便和經濟合理是選擇電氣設備所應該遵循的原則，最為關鍵的還要適合水電站。增效擴容后的參數(shù)和短路電流計算結果是電氣設備在選擇上的依據(jù)，以便最大限度的保障更換后的電氣設備能夠符合發(fā)展的要求。另外設備基礎、支架、房間的尺寸和開關站的位置具有一定的固定性，因此在電氣設備型式的選擇上要將其全面的考慮，盡量利用已有基礎。

4 接地系統(tǒng)的檢查與修復

水電站接地系統(tǒng)在一定程度上能夠對設備和工作人員的安全產生影響。接地電阻值能夠保障電站安全運行的關鍵參數(shù)，不僅要最大限度的符合工頻短路電流的標準，滿足雷電沖擊電流也應該特別給予關注，但是我們發(fā)現(xiàn)在實際的改造過程中，很多工作人員對這方面往往是一帶而過，沒有當做重點內容來對待。水電站建成和使用的年限比較久遠，對廠房、尾水渠及大壩下方的地下或水下接地網(wǎng)進行改造不是一件容易的事，甚至是不可完成的，這就需要采用改造戶外開關站的接地網(wǎng)和外引增加接地網(wǎng)面積等方式。這里需要強調的一點是要以規(guī)范為基準，復核接能和跨步電勢，以便能夠在標準的范圍內。接地網(wǎng)系統(tǒng)比較優(yōu)良的情況下，可不必進行接地網(wǎng)的改造，只要對一些接觸不好的、裸露在外受到銹蝕的進行修復就可以了。

5 結束語

通過文章的分析使我們能夠充分了解到小型水電站水輪發(fā)電機的增效擴容改造是一個比較復雜的系統(tǒng)工程，涉及到眾多方面，需要考慮的問題也很多，應引起重視，改造前要做好充分的準備工作，使各項指標都能達到要求，進而在安全和經濟上都能給予水電站水輪發(fā)電機運行上可靠的保證。

參考文獻

[1]陳錫芳.水輪發(fā)電機改造增容與優(yōu)化運行[M].中國水利水電出版社，2010.

[2]李經祿.接地裝置的運行與改造[M].中國水利水電出版社，2005.

[3]覃憶油.小型水電站增效擴容改造技術[J].科技傳播，2014.