【摘 要】我国目前正在运行的小型水电站的年代已久，很多都是建于60年代至80年代。为提高电站的自动化水平，实现高效、先进、可靠的电站技改目的，进行水电站电气改造是非常有必要的。而对小水电站的电气改造当前还是做得不够多，因此相关分析也较少见，本文主要根据已经进行规划扩容改造的小水电站对其电气技术改造加以讨论。
【关键词】电气改造；小水电站；改造探讨
1.引言
据调查统计，我国的农村小水电站大部分是在60年代至80年代建成的，这样算来至今运行已约有30年之久。根据作者所了解，很多水电站发电机的定子绕组和转子绕组出现老化现象、绝缘等级降低、发热增加、滑环严重冒火；水轮机转轮等过流部件有较严重的磨损、变形，或虽然多次进行补焊但叶片变厚、变粗糙与原设计误差较大，机组的效率严重下降。有的是历史原因机组选型不配套，水量浪费、出力不足，效益低下，水电站还由于受以前的电价政策和设计思想的局限，选择装机容量时均偏小，现在的更新改造可以结合增容改造来进行。因此，对农村小水电站进行改造很有必要，本文主结合实例对水电站的电气改造技术进行阐述。
2.水电站电气自动化改造施工设计的原则
由于本文所讨论的电站改造主要是针对农村的中小型水电站。电气的改造是对水电站电气设备原有的控制系统进行改造，特别注意的是在运行中的水电站进行电气的自动化改造，既要充分考虑改造之后监控系统的安全可靠性问题，同时也需要注意安全施工与施工质量和工期。因为要引起注意的是水电站的的机组与供电设备是不可能完全停运来改造，我们在改造时只能分步利用电气设备轮流的检修机会来进行施工改造的实际情况。从而必须全面地分析掌握现场设备的实际状况，制定合理优化的改造设计以及施工方案，在满足系统安全性、可靠性的前提下充分利用系统原有设备，以优化改造的施工量、缩减改造工期、减小设备改造停运的影响，从而实现投资省、见效快的目的。
3.小水电站的电气改造技术分析
3.1 水电站的基本情况
阳山县秤架二级水电站工程位于阳山县秤架瑶族乡境内。电站开发利用河流属珠江流域北江水系二级支流的秤架河，秤架河长85km，流域面积1221 km2，发源于阳山县与乳源县及湖南省宜章县交界的锰坑石山，海拔高程1902m。设计年径流深为1428.9mm，多年平均流量为8.77m3 /s ，多年平均径流量为2.77亿m3。
秤架二级水电站始建于1981年，设计水头180.25m，其装机容量为4×2500kW。秤架二级水电站第一次增容技改于1991年6月，总装机容量为5×2500kW。第二次增容技改于1991年6月，总装机容量为16500（5×2500+1×4000kW），第三次扩容改造规划于2012年8月，总装机容量为20000（4×5000kW）。
该水电站的二次测量、控制和保护等设备原采用的是继电器逻辑控制。开关站自投产以来，由于发电任务繁重，高压电气设备无法按期进行正常的维护和检修，长期的超负荷运行加速了设备的严重老化。当时的高压设备在技术上和制造工艺上的落后造成电站开关站的运行可靠性不高，以上的这些因素都对开关站的安全运行带来隐患。由于该电站已经运行3０多年，根据相关单位的安全鉴定电站的设备比较陈旧，保护方式落后，自动化水平低，电站的绝大多数元器件已经过时，并且因为是常规的继电器逻辑控制操作，从而使得其维护复杂，发生故障多，严重影响着水电站的正常安全运行。
为了提高本水电站的自动化水平，可以使电站达到高效、可靠运行，对电站的电气将要进行改造，改造的目标是达到一个较为先进的水平。经相关单位的仔细讨论，本电站电气改造的大体改造采用进口的Power-base国际新型水电站计算机监控系统。这个水电站的计算机监控系统采用分层分布式硬件结构，由可选的各个模块组成，采取模块化编程，实现对水电站的自动监测、控制、调节和保护，使电站运行高度自动化。该系统的“开放”设计原则，使系统扩展方便、组态灵活、适应性强，满足电站在不同时期的需要。对于该系统的具体性能参数可以参考其说明文献。
3.2 Powerbase计算机监控系统配置及主要功能
由于水电站的电气改造过程还是较为复杂的，而本文所讨论的电站的改造系统式从国外进口的，在此限于篇幅进对其功能做大概的介绍。系统上位机硬件包括工控计算机、显示器、打印机、语音报警器。下位机测量控制单元有：水轮机／发电机控制模块TCM—30、控制扩展模块EXP—30、现地操作显示模块GDI—20、发电机保护及测量模块GPM—30（包括10路温度巡检）、差动保护模块DPM-30、Optocom总线、LCM导叶测量变送器、ACC—007电子测速变送器、微机线路保护装置、主变微机保护装置、公用设备控制PLC等。
上位机主要完成全厂运行自动化及其管理，历史数据存档、归档、检索、报表生成，运行操作记录，故障报警，各种画面显示，与调度自动化系统联网等功能。机组控制保护单元是由可选的各个模块组成，用户根据需要选择模块，模块均是从加拿大引进。用较少的费用便可灵活提供特殊的控制性能。操作控制分为从保护控制到后备保护，每个模块包括一个高速的微处理机和容错安全回路，带必要的操作软件以控制某一操作功能，每台水轮机／发电机的控制模块都固定在一个标准的控制柜内。
微机线路保护装置主要完成以下功能：1）电流闭锁电压速断保护；2）过电流保护；３）自动重合闸；微机型变压器保护装置保护功能如下：1）主变差动保护；2）复合电压启动过电流保护；3）轻、重瓦斯保护；4）油温过高保护；5）压力释放保护；6）过负荷保护；7）过电压保护；8）零序电压保护；9）零序电流保护。
3.3 关于水电站的直流系统改造
本水电站改造后，为确保继电保护、微机监控系统、事故照明等直流电源的可靠性，对原有的老式直流系统予以更新，选用KZBT—220V新型成套直流装置。该装置由一组220V容量150Ah的免维护铅酸蓄电池（组装在盘柜内），一套浮充电整流装置，一块调压馈线屏共三面屏组成。
3.4 水电站机组自动化系统改造分析
机组改造后，取消原有性能较差的励磁机，采用微机控制的自并激静止可控硅励磁方式。由于电站为并网电站，采用高油压液压操作器，液压控制柜采用工作于脉冲状态并且同结构简单的直流电磁阀。同时采用气囊式蓄能器，不需要高压气系统，免去了维护。在每台发电机出口断路器设同期点，采用自动准同期方式，由TCM和GPM模块中的同期功能检查同期并合闸。考虑到电站的自动控制和无人值班的要求，主变高压侧断路器不设同期点，采用三相一次重合闸方式，设置检无压重合，检同期重合功能。
3.5 注意关于水电站的电气改造中可能的问题
水电站电气改造的施工和设计相关人员，要注意在水电站的电气改造中出现的相关问题，所出现的问题不只是针对本文所讨论的水电站。以下几个方面要引起注意：1）结合电站电气系统的实际情况，合理选配DPU数量。2）监控系统的外围回路问题；3）同期回路问题；4）跳、合闸监视回路问题；5）合理选用I/0卡件问题；6）合理选用扩展继电器。
结论
小水电站电气技术的更新改造，不仅是在原来的技术水平上以新换旧，而是一个再创造的过程，实际上牵涉到水力资源配置、电力市场需求以及环境保护等问题。本文讨论的秤架二级水电站改造后，提高了电站的自动化水平，其自动化得程度达到无人值班的要求，这明显提高了运行安全的可靠性并且减轻了运行强度。从而可以减低了水电站的投资和运行费用，无疑得到了显著的经济和社会效益，极大地促进了农村的中小水电站的发展。目前农村小水电站的电气改造还是处于发展中，笔者认为会有良好的势头。而本文所讨论的小水电站的电气技术改造也为小水电自动化技术的推广起到了很好的示范作用。
参考文献
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