贺州市平桂区水利局 广西贺州 542827
摘要：随着中国经济的不断发展，对电力的需求也在不断增长。小型水电站是一种良好的清洁能源，已成为我国电力系统的重要组成部分。然而，水电站水轮发电机组和电气设备的选择和设计却很少受到重视，这将对水电站的运行安全构成严重威胁。本文对小型水电站的电气设备设计进行了探索，以期为小型水电站的设计提供参考。
关键词：增效扩容；电气设计；水电站
1引言
目前，我国正在进行水利优化改造，新水利建设项目也促进了地方水利发展的多样化，增强了早期单一运行系统的功能。同时，发电机的承载能力也在不断提高，这就要求对水电系统进行改造。目前，我国水电站辅助设备、高低压配电设施、直流保护和控制保护等一、二次电气设备技术相对落后，设备陈旧落后，故障多，能耗高，设备报废大部分，备件和备件不齐全，设备整体自动化程度低。因此，提高发电机效率和扩容是水电站改扩建必不可少的措施。发电机运行优化有利于水电资源的综合调度。因此，水电站应根据社会发展的需要，进行科学可行的容量规划。
2 开展水电站增效扩容改造的重大意义
大部分水电站设备已经建造和运行了20多年。在电站中，原有的设备、保护系统、自动控制系统、高压配电变压器和引水发电系统都会出现不同程度的老化，不能满足电网和社会经济发展的需要，存在诸多安全问题，高压设备频繁发生故障，降低运行效率，增加维护和运行成本，不能满足稳定运行和安全生产的要求。另外，实际运行表明，水电站机组的设计和选型不合理，影响了水电站的发电效率。因此，有鉴于此，有必要尽快实施水电站扩建，提高效率，尽快制定水电站扩建规划，提高效率。全面提高水电站的效率和容量，不仅可以巩固水电发电的现状，而且可以扩大水电站的装机容量和发电能力。
3做好水轮发电机增效扩容改造工作
早期小型水电站由于设计、技术水平和运行多年的限制，出现了发电机温升过高、绝缘老化、发电效率低、定子铁芯松动等问题。只有找出问题的根源，才能从根本上解决问题。
3.1改造定子铁心
一般来说，定子铁心相对稳定，很少出现故障。如果试验后无需更换定子铁芯，可根据容量膨胀的要求对铁芯结构进行优化，对不合格的硅钢片进行更换。铁芯是发电机的主要电磁损耗部分。由于发电机定子铁心在运行初期和多年时间内存在材料问题，容易出现滞后损耗大、绝缘老化、铁心松动等现象。
3.2改造推力轴承
推力轴承承受全部轴向载荷，其性能的好坏直接影响发电机的正常安全运行。根据膨胀机的性能，对推力轴承的推力负荷进行复核，通过对运行情况的综合分析，确定推力轴承是否需要更换或改进。弹性金属塑料瓦可以代替巴氏合金瓦。弹性金属塑料瓦在低温条件下可直接起动，并具有较小的摩擦系数，能有效减少机械间的损伤。
3.2改造机组冷却系统
发电机的冷却系统对发电机的温升和容量膨胀有很大的影响。发电机早期冷却系统存在效率低、噪声大、散热差等问题。长期运行后，降低了机组的冷却功能，提高了机组的温度。因此，有必要更新机组的冷却系统。有些小机组采用通风或自然降温方式，发电机的温升受环境温度的影响。建议在启动机器之前加热机器，并在启动机器之前驱走潮湿的空气。
3.3改造定子绕组转子绕组
为了满足恒转速的要求，发电机的极点对数也应保持恒定。增加容量时，应对原定子绕组进行改造，以减小绕组的电阻，避免绕组产生的总热量高于原定子绕组的总热量。将工艺级绝缘清漆提高到 f 级。一种新型的绝缘材料可以用来增加线规，以减少绝缘的厚度。当定子绕组和转子绕组的绝缘材料提高到 f 级时，当容量增加10% -- 15% 时，机组的温升保持在 b 级绝缘水平的最高温升限度内，不需更换定子绕组和转子绕组。
如果容量增加范围过大，可以通过计算绕组截面积和匝数来代替定子绕组和转子绕组。此外，为了提高汽轮机的功率因数，如果涡轮增压过大，不能满足增容汽轮机的要求，可以更换定子和转子绕组。
3.5更新水轮发电机
提高水轮发电机效率和容量的最有效方法是按照新的设计标准更换水轮发电机的所有部件。然而，考虑到发电机零件的数量和复杂性，完全更换将需要大量资金和公共资源的浪费。全部更换发电机应进行现场检查和综合论证。当真正需要更换整体时，根据最先进的设计技术进行更换，此外，还应遵循现有垂直埋设单元的原则，同样依据。
4电气主接线、短路电流的复核
4.1复核电气主接线
如果水电站已运行多年，就必须根据实际情况进行增效扩容改造处理。系统布线位置应结合矿体改造工程确定，电气主线布线方案应事先设计，以检查水电设备布线系统，确保主线布线方式合理科学，使矿山在提高效率和扩大方案方面不发生重大变化。对于经过多次改造的个体电站，改变了原设计的主线形式，增加或减少了一些设备。要优化主接线方式，检查水电站的输电能力和电压，确定效率扩大是否满足实际需要，保证电气设备启动电流的稳定。电气设备主接线的接线原理是保证发射电压水平对应于接收系统的点，避免浪费资源和过多的投资资金，并根据实际用电需求确定主接线的接线方式，保证其运行的有效性，合理设计电力系统保护和保护装置.
4.2短路电流
目前，一些水电站正在扩容改造，电力系统结构进行科学改造、网络优化升级、发电机参数变化，对水电站实际发电系统进行了分析研究，并对短路电流进行了检测和估算，为了评价水电站电气设备的启动能力，选择了符合参数和模型要求的电气设备。如果电气设备老化，耗电量大，需要及时更换设备，以保证设备的安全稳定，提高水电站的效率，保证水电站接地装置的科学安全，水电站接地电阻的合理设计是关系到生产安全和生命安全的重要问题。在保证水电站用电安全的同时，应注意接地电阻的合理设计，同时注意各种短路问题所涉及的接地电阻的设计。
4.3电气设备的选择
早期建成的水电站受到资金投入和技术水平的限制，现有电气设备存在安全隐患大、性能差、备件购置困难、维修困难等问题。这些设备不仅消耗大，断电电流小，环境污染大，不经济，不环保，增加了电站和电网的安全隐患。因此有必要更换这些电气设备。电气设备的选型应遵循技术先进、安全可靠、维修方便、经济耐用的原则。根据短路电流的计算结果和增容后的参数进行选择。
4.4检查和修复接地系统
为了保证水电站的正常安全运行，必须对接地系统进行大修。修理接地线之前，先测量现有接地线的接地电阻，检查接地线的连接情况，看是否有腐蚀、松动等现象。如果不能满足设计要求，则短路电流的计算结果与电力系统的改造要求相符。改造地下接地网和尾水管将耗费大量资金和物力，因此增加接地网面积和改造户外开关站接地网是一种合理的选择。如果接地网系统稳定，接地电阻满足设计要求，则只能根据最新的设计要求对腐蚀严重、接触不良的接地网进行改造和修复。
5总结
小水电站在提高效率和增效扩容改造过程中，电气设计应注重发电机、设备和水轮机的改造，使整个水电站的设备能够协调一致，确保小水电站改造的成功，提高小水电站的经济效益。
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