李 達，葉江南

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

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寧安石頭發(fā)電廠電氣一次設備改造設計方案

李 達，葉江南

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

石頭發(fā)電增效擴容改造工程立足于電廠原有的基礎設施條件,既考慮實際需要,又考慮技術和資金上的可行性。改善發(fā)電廠運行環(huán)境，提高發(fā)電廠運行管理水平，保證發(fā)電廠的安全生產(chǎn)。本次電站改造小機組采用了新型的控制保護一體化屏，簡化了機組接線，提高了機組的可靠性及安全性。為以后的小水電改造提供了經(jīng)驗。

增效擴容改造；控制保護屏；電氣設備；設計方案

0 前 言

小水電增效擴容改造工程是以促進水能資源合理利用，維護河流健康、提高綜合能效為目標，保證小型水電站的安全。改造內(nèi)容應以機電設備更新改造為重點，并對影響發(fā)電效益、工程安全、河道生態(tài)和運行環(huán)境的擋水、泄水、引水、廠房等建筑物、金屬結構及送出工程等進行必要的改造。黑龍江省于2012年初啟動了小水電增效擴容改造項目。石頭發(fā)電廠裝設2臺2500kW的大機組，出口電壓6.3kV；12臺320kW小機組，出口電壓0.4kV。電站雖然總裝機不大，但裝機臺數(shù)多且電壓等級多，既有6.3kV高壓電機，又有0.4kV低壓電機，在黑龍江省小水電增效擴容改造中是比較具有代表性的電站。

1 電站概況

石頭發(fā)電廠地處牡丹江干流寧安市境內(nèi)，鏡泊湖下游55.6 km處。石頭發(fā)電廠是由平安水輪泵站改建而成，平安水輪泵站始建于1968年，1976年開始改建，1979小機并網(wǎng)，1981年底大機并網(wǎng)。寧安石頭發(fā)電廠裝設14臺發(fā)電機組，其中單機功率2500 kW發(fā)電機組2臺，出口電壓6.3kV；單機功率200kW發(fā)電機組12臺，出口電壓0.4kV。電站總裝機容量7.4MW，多年平均發(fā)電量2600萬kWh，多年平均利用小時3560h。其中2臺大機組采用單母線分段接線，母線通過4面聯(lián)絡柜互相連接，高壓側采用變壓器—線路組接線，經(jīng)1臺SL1—6300/35型雙繞組變壓器升壓至35kV。12臺小機組采用單母線分段接線，兩段母線經(jīng)聯(lián)絡柜連接后經(jīng)1臺S7-4200/35型雙繞組變壓器升壓至35kV。石頭發(fā)電廠35kV母線側采用單母線接線，以單回35kV輸電線路接入石平線，輸電距離6.0km。

2 電氣設備存在問題

石頭發(fā)電廠地處高寒地區(qū)，機電設備受嚴寒、溫度變化及雨雪天氣影響大，且經(jīng)過多年運行部分機電設備陳舊老化嚴重，許多設備的性能參數(shù)指標已達不到設計要求，耗能高、效率低，使電廠的安全穩(wěn)定運行受到嚴重威脅。電廠在系統(tǒng)中的作用難以發(fā)揮，其經(jīng)濟效益受到嚴重影響。電站主要存在以下問題：

1)變壓器：電廠裝設SL1-6300/35和S7-4200/35型號主變壓器2臺，變壓器運行環(huán)境冷熱溫差變化大(-45℃- +42℃)，其金屬連接件、橡膠密封件等出現(xiàn)不同程度的損壞；本體及附件各密封裝置有嚴重的滲漏油；高、低壓套管局部有破碎現(xiàn)象，散熱器管壁銹蝕且局部有滲漏點；變壓器空載、負載損耗增加；震動及噪音增大[1]。該型號變壓器為《小型水電站技術改造規(guī)范》及《農(nóng)村水電增效擴容改造項目初步設計指導意見》明確必須淘汰設備。

2)35kV高壓設備：電廠裝設35kV多油斷路器2臺，多油斷路器不但體積過大，對油質要求高、散熱慢，而且經(jīng)多年運行，有漏油現(xiàn)象，存在嚴重的安全隱患。35kV隔離開關4臺，其分合閘困難，時常出現(xiàn)分合閘不到位現(xiàn)象；接線座轉動不靈活，金屬部分油漆脫落銹蝕。35kV電流互感器8臺及電壓互感器3臺，由于運行多年且條件惡劣，互感器準確度及電氣性能下降，無法滿足本次電站改造后的技術要求。

3)6.3kV高壓開關設備：電廠裝設GG-1A型固定式高壓關柜7面，柜內(nèi)配置SN10型少油斷路器、 CD10電磁式合閘機構及GN8-10HG型高壓隔離開關。柜內(nèi)斷路器檢修頻繁，電磁操作機構故障和絕緣油更換；隔離開關動、靜觸頭錯位、接觸面偏小，有局部發(fā)熱現(xiàn)象；設備用油多，更換后的絕緣油無法再過濾使用，增加發(fā)電廠運行成本；開關柜內(nèi)傳動部件磨損嚴重，間隙過大、不靈敏；測量儀表存在破損、老化、指示不準確等問題。

4)0.4kV低壓開關設備：石頭發(fā)電廠低壓配電柜及12臺低壓電動機開關柜均為BSL型固定面板式配電柜。低壓配電屏內(nèi)配置DW-10/600型低壓斷路器和HD-13型低壓隔離開關。低壓開關柜均為超期服役設備，開關柜內(nèi)元器件老化，可靠性差，存在安全隱患，影響發(fā)電廠的安全運行。

3 電氣設備技術改造方案

電廠改造后裝設2臺大機組增容至3.2MW，機端母線電壓6.3kV；12臺小機組增容至320kW，機端電壓0.4kV。改造電廠總裝機10.24MW。

石頭發(fā)電廠2臺大機組采用單母線接線，12臺小機組采用單母線分段接線，高壓側均采用變壓器—線路組接線，發(fā)電廠35kV側采用單母線接線，35kV母線裝設1臺站用變壓器。電廠低壓配電系統(tǒng)采用單母線接線。石頭發(fā)電廠電氣主接線見圖1。

圖1 石頭發(fā)電廠電氣主接線圖

本次改造對石頭發(fā)電廠高低壓電氣設備進行全部更新，主要包括升壓站內(nèi)S11節(jié)能型35kV變壓器3臺，35kV六氟化硫戶外高壓斷路器2臺；35kV戶外環(huán)氧樹脂澆注式電流互感器8臺；35kV單相戶外油浸式電壓互感器3臺；35kV雙柱式戶外三相高壓隔離開關3臺；35kV無間隙金屬氧化鋅避雷器避雷器3臺；6.3kV高壓開關柜8面，0.4kV低壓固定式配電柜10面；發(fā)電機控制保護一體化屏12面。石頭發(fā)電廠電氣一次設備改造主要設備見表1。

表1 石頭發(fā)電廠電氣一次設備表

4 改造中優(yōu)化設計及不足

1)本次改造2臺大機組電氣主接線由單母線分段接線改為單母線接線，取消原設計中2面聯(lián)絡柜，同時在發(fā)電機出口開關柜及變壓器低壓側開關柜內(nèi)增設真空斷路器以保證電站運行的靈活性。

2)小機組取消了常規(guī)的電機控制柜，選用BKF-3型控制保護一體化屏。一體化屏將電氣一次設備和二次設備裝設在一個整體機柜中，采用微機技術，實現(xiàn)400V低壓機組的發(fā)電機主回路和發(fā)電機的自動控制、發(fā)電機的保護、發(fā)電機的二次測量、發(fā)電機的勵磁(無刷勵磁)等一體化的設計，提高小機組運行的可靠性及安全性。

3)由于石頭水電廠是由泵站經(jīng)過改造而成，所有沒有高壓開關柜室，高壓開關柜直接布置在水輪機層機旁，高壓開關柜設備布置空間有限，本次設計選用XGN2-12箱型固定式金屬封閉開關設備，柜內(nèi)主開關采用固定式ZN73A-12系列永磁操作機構的真空斷路器。

4)改造后發(fā)電出口電壓為6.3kV，相對于10kV電氣主回路及短路電流偏大，不利于電氣設備選擇及運行。

5 結 語

石頭發(fā)電增效擴容改造工程立足于電廠原有的基礎設施條件,既考慮實際需要,又考慮技術和資金上的可行性。改善發(fā)電廠運行環(huán)境，提高發(fā)電廠運行管理水平，保證發(fā)電廠的安全生產(chǎn)。

本次電站改造小機組采用了新型的控制保護一體化屏，簡化了機組接線，提高了機組的可靠性及安全性。為以后的小水電改造提供了經(jīng)驗。

[1]丁毓山，南俊星.微機保護與綜合自動化系統(tǒng)[M].北京：中國水利水電出版社，2002：67-69.

[2]李火元，李斌.電力系統(tǒng)繼電保護及自動裝置[M].北京：中國電力出版社，2004：21-24.

[3]崔明.變電站與水電站綜合自動化[M].北京：中國水利水電出版社，2005：17-24.

1007-7596(2016)10-0048-03

2016-09-14

李達(1983- )，男，吉林松原人，工程師；葉江南(1981- )，男，福建壽寧人，工程師。

TM561

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