宁安石头发电厂电气一次设备改造设计方案

李 达，叶江南

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)



宁安石头发电厂电气一次设备改造设计方案

李 达，叶江南

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

石头发电增效扩容改造工程立足于电厂原有的基础设施条件,既考虑实际需要,又考虑技术和资金上的可行性。改善发电厂运行环境，提高发电厂运行管理水平，保证发电厂的安全生产。本次电站改造小机组采用了新型的控制保护一体化屏，简化了机组接线，提高了机组的可靠性及安全性。为以后的小水电改造提供了经验。

增效扩容改造；控制保护屏；电气设备；设计方案

0 前 言

小水电增效扩容改造工程是以促进水能资源合理利用，维护河流健康、提高综合能效为目标，保证小型水电站的安全。改造内容应以机电设备更新改造为重点，并对影响发电效益、工程安全、河道生态和运行环境的挡水、泄水、引水、厂房等建筑物、金属结构及送出工程等进行必要的改造。黑龙江省于2012年初启动了小水电增效扩容改造项目。石头发电厂装设2台2500kW的大机组，出口电压6.3kV；12台320kW小机组，出口电压0.4kV。电站虽然总装机不大，但装机台数多且电压等级多，既有6.3kV高压电机，又有0.4kV低压电机，在黑龙江省小水电增效扩容改造中是比较具有代表性的电站。

1 电站概况

石头发电厂地处牡丹江干流宁安市境内，镜泊湖下游55.6 km处。石头发电厂是由平安水轮泵站改建而成，平安水轮泵站始建于1968年，1976年开始改建，1979小机并网，1981年底大机并网。宁安石头发电厂装设14台发电机组，其中单机功率2500 kW发电机组2台，出口电压6.3kV；单机功率200kW发电机组12台，出口电压0.4kV。电站总装机容量7.4MW，多年平均发电量2600万kWh，多年平均利用小时3560h。其中2台大机组采用单母线分段接线，母线通过4面联络柜互相连接，高压侧采用变压器—线路组接线，经1台SL1—6300/35型双绕组变压器升压至35kV。12台小机组采用单母线分段接线，两段母线经联络柜连接后经1台S7-4200/35型双绕组变压器升压至35kV。石头发电厂35kV母线侧采用单母线接线，以单回35kV输电线路接入石平线，输电距离6.0km。

2 电气设备存在问题

石头发电厂地处高寒地区，机电设备受严寒、温度变化及雨雪天气影响大，且经过多年运行部分机电设备陈旧老化严重，许多设备的性能参数指标已达不到设计要求，耗能高、效率低，使电厂的安全稳定运行受到严重威胁。电厂在系统中的作用难以发挥，其经济效益受到严重影响。电站主要存在以下问题：

1)变压器：电厂装设SL1-6300/35和S7-4200/35型号主变压器2台，变压器运行环境冷热温差变化大(-45℃- +42℃)，其金属连接件、橡胶密封件等出现不同程度的损坏；本体及附件各密封装置有严重的渗漏油；高、低压套管局部有破碎现象，散热器管壁锈蚀且局部有渗漏点；变压器空载、负载损耗增加；震动及噪音增大[1]。该型号变压器为《小型水电站技术改造规范》及《农村水电增效扩容改造项目初步设计指导意见》明确必须淘汰设备。

2)35kV高压设备：电厂装设35kV多油断路器2台，多油断路器不但体积过大，对油质要求高、散热慢，而且经多年运行，有漏油现象，存在严重的安全隐患。35kV隔离开关4台，其分合闸困难，时常出现分合闸不到位现象；接线座转动不灵活，金属部分油漆脱落锈蚀。35kV电流互感器8台及电压互感器3台，由于运行多年且条件恶劣，互感器准确度及电气性能下降，无法满足本次电站改造后的技术要求。

3)6.3kV高压开关设备：电厂装设GG-1A型固定式高压关柜7面，柜内配置SN10型少油断路器、 CD10电磁式合闸机构及GN8-10HG型高压隔离开关。柜内断路器检修频繁，电磁操作机构故障和绝缘油更换；隔离开关动、静触头错位、接触面偏小，有局部发热现象；设备用油多，更换后的绝缘油无法再过滤使用，增加发电厂运行成本；开关柜内传动部件磨损严重，间隙过大、不灵敏；测量仪表存在破损、老化、指示不准确等问题。

4)0.4kV低压开关设备：石头发电厂低压配电柜及12台低压电动机开关柜均为BSL型固定面板式配电柜。低压配电屏内配置DW-10/600型低压断路器和HD-13型低压隔离开关。低压开关柜均为超期服役设备，开关柜内元器件老化，可靠性差，存在安全隐患，影响发电厂的安全运行。

3 电气设备技术改造方案

电厂改造后装设2台大机组增容至3.2MW，机端母线电压6.3kV；12台小机组增容至320kW，机端电压0.4kV。改造电厂总装机10.24MW。

石头发电厂2台大机组采用单母线接线，12台小机组采用单母线分段接线，高压侧均采用变压器—线路组接线，发电厂35kV侧采用单母线接线，35kV母线装设1台站用变压器。电厂低压配电系统采用单母线接线。石头发电厂电气主接线见图1。

图1 石头发电厂电气主接线图

本次改造对石头发电厂高低压电气设备进行全部更新，主要包括升压站内S11节能型35kV变压器3台，35kV六氟化硫户外高压断路器2台；35kV户外环氧树脂浇注式电流互感器8台；35kV单相户外油浸式电压互感器3台；35kV双柱式户外三相高压隔离开关3台；35kV无间隙金属氧化锌避雷器避雷器3台；6.3kV高压开关柜8面，0.4kV低压固定式配电柜10面；发电机控制保护一体化屏12面。石头发电厂电气一次设备改造主要设备见表1。

表1 石头发电厂电气一次设备表

4 改造中优化设计及不足

1)本次改造2台大机组电气主接线由单母线分段接线改为单母线接线，取消原设计中2面联络柜，同时在发电机出口开关柜及变压器低压侧开关柜内增设真空断路器以保证电站运行的灵活性。

2)小机组取消了常规的电机控制柜，选用BKF-3型控制保护一体化屏。一体化屏将电气一次设备和二次设备装设在一个整体机柜中，采用微机技术，实现400V低压机组的发电机主回路和发电机的自动控制、发电机的保护、发电机的二次测量、发电机的励磁(无刷励磁)等一体化的设计，提高小机组运行的可靠性及安全性。

3)由于石头水电厂是由泵站经过改造而成，所有没有高压开关柜室，高压开关柜直接布置在水轮机层机旁，高压开关柜设备布置空间有限，本次设计选用XGN2-12箱型固定式金属封闭开关设备，柜内主开关采用固定式ZN73A-12系列永磁操作机构的真空断路器。

4)改造后发电出口电压为6.3kV，相对于10kV电气主回路及短路电流偏大，不利于电气设备选择及运行。

5 结 语

石头发电增效扩容改造工程立足于电厂原有的基础设施条件,既考虑实际需要,又考虑技术和资金上的可行性。改善发电厂运行环境，提高发电厂运行管理水平，保证发电厂的安全生产。

本次电站改造小机组采用了新型的控制保护一体化屏，简化了机组接线，提高了机组的可靠性及安全性。为以后的小水电改造提供了经验。

[1]丁毓山，南俊星.微机保护与综合自动化系统[M].北京：中国水利水电出版社，2002：67-69.

[2]李火元，李斌.电力系统继电保护及自动装置[M].北京：中国电力出版社，2004：21-24.

[3]崔明.变电站与水电站综合自动化[M].北京：中国水利水电出版社，2005：17-24.

1007-7596(2016)10-0048-03

2016-09-14

李达(1983- )，男，吉林松原人，工程师；叶江南(1981- )，男，福建寿宁人，工程师。

TM561

B