天桥水电站变压器改造

【摘要】天桥水电站发电机机端电压及厂用电电压过高，温升过高的原因是采用降压变的缘故。采用简易方法把电站原降压变压器改为升压变压器，消除了安全隐患，取得了良好的经济效益。

【关键词】小型水电站 厂用电 主变压器 技术革新

１概述

　　天桥水电站位于贵州省赫章县乌江干流六冲河上，为坝后式电站；水库集雨面积2100ｋｍ２，常年平均流量60ｍ３/ｓ，电站设计水头9ｍ，设计引用流量16ｍ３/ｓ，电站安装1台ＺＴ８３０－ＬＨ－１４０水轮机，配套发电机为ＳＦ１０００－１６/２１５０，发电机额定电压６３００Ｖ，额定励磁电压５５Ｖ，额定励磁电流２５０Ａ；电站主变为Ｓ７－１２５０/１０，主变高压侧额定电压１０５００Ｖ，低压侧额定电压６３００Ｖ；电站通过１０ｋｍ长的１０ｋＶ输电线路与国网并网运行，无直供区。天桥电站于１９９８年１１月动工，２０００年１０月正式投产发电，年均发电量在４５０万ｋＷ·ｈ左右，取得良好的社会效益和经济效益，但同时也暴露出如下问题：

　　１）发电机机端电压过高，特别是在汛期或晚上１２点至次日凌晨，实测机端电压在７０００Ｖ至７２００Ｖ之间，已严重偏离发电机允许电压偏差值±５％。

　　２）变压器电压过高，经县供电局实测，在枯水期（１～５月）变压器高压侧电压实测为１０５００Ｖ，低压侧实测电压为６３００Ｖ；汛期（６～１０月），变压器高压侧电压实测为１２０００Ｖ，低压侧实测电压为７２００Ｖ，变压器运行工况已严重偏离额定值。

　　３）主变在发电机运行时温度过高，在水轮发电机组出力达到１０００ｋＷ时，发电机温度为９０℃，主变温度为９８℃，已严重威胁到设备正常运行。电站采用风机对变压器及发电机进行降温，但效果不大，电站被迫低负荷运行。

　　４）电站厂用电变压器为Ｓ７－３０?６，变压器高压侧额定电压为６ｋＶ，低压侧额定电压为４００Ｖ，汛期实测厂用变压器低压侧电压为４６０～４７０Ｖ，由于电站辅机和闸门及启闭机等额定电压均为３８０Ｖ，且厂用电电压过高，造成厂内照明设备和辅机、电机设备损坏严重，给电站造成很大的检修工作量。

　　５）电站功率因数过高，水轮发电机组出力在１０００ｋＷ，转子电流在达到额定励磁电流２５０Ａ时，实测功率因数在０．９５～０．９８之间。由于县供电局对天桥电站实施无功考核，要求电站功率因数在０．８以下（滞后），每欠发无功１０００Ｖａｒ，扣有功２ｋＷ·ｈ；因此电站曾被一月扣减有功电量２５万ｋＷ·ｈ，按每度电０．１８９元计算，一月损失达４．７２５万元。

２改造目标

　　鉴于天桥电站存在上述问题，原电站投资方要求在投资尽可能省的情况下对天桥电站进行技术改造，即改造后发电机机端电压在６０００～６６００Ｖ之间，厂用电电压在３８０～４２０Ｖ之间，水轮发电机组及变压器在带足１０００ｋＷ出力时，发电机、变压器温度在９０℃以下。

３改造方案

　　天桥电站就运行中存在的上述问题向有关设计单位咨询，赫章县水利局设计队认为，发电机变压器机端电压过高是由于原电站主变本应选择升压变压器Ｓ７－１２５０/１１ｋＶ，而电站电站错误选用降压变压器Ｓ７－１２５０/１０ｋＶ，是发电机机端电压过高，电站厂用电压过高，发电机、变压器温度过高的根本原因。县水利局设计队提出如下３个改造方案：

　　１）重新购置１台Ｓ９－１２５０/１１ｋＶ变压器作为电站主变，发电机机端电压在使用变压器分接开关的情况下，可以准确控制在６３００Ｖ左右，无功能发足厂用电可以控制在４００Ｖ左右，发电机、主变温度可以降低到９０℃以下，安全隐患可以排除。但该方案也有明显的缺点，主要是变压器购置费用达６．５万元，加之从电站到变压器厂家有４５４ｋｍ，其中一段４０ｋｍ为便道，交通极为不便，运输较为困难，即使变压器运到电站，换变压器须停电２天，损失电量达４．８万ｋＷ·ｈ。

　　２）在主变高压侧并联电容器运行无功补偿。使用该方案，优点是无功可以发电，功率因素可以控制在０．８以下，电容器购置费用及安装费用较低，在１．２万元左右；缺点是发电机、变压器电压不能降低，厂用电电压不能降低，发电机、变压器温度不能控制在９０℃以下，安全隐患不能排除。

　　３）原主变高压侧额定电压为１０５００Ｖ，因此，如把原变压器高压侧绕组匝数在原绕组数基础上增加１０％，则原变压器可由降压变改为升压变。该方案优点同方案１，缺点是改造后，变压器绕组相间距离变短，容易相间击穿，且改绕该变压器须专业厂家，改绕费用须１．８万元，并且改绕该变压器还须停机１５天左右，损失有功电量３０万ｋＷ·ｈ左右，损失电费５．７万元。

　　能不能找到一种方案，停机时间缩短，改造费用又低呢？经笔者仔细观察，原主变铭牌参数如下：

　　变压器型号Ｓ７－１２５０/１０，额定电压容量１２５０ｋＶＡ，联结组标号Ｙ/Δ１１，高压１００００±５％，电流６９Ａ，低压６３００Ｖ，电流１１５Ａ，额定电压１００００±５％。

　　原主变高压侧额定电压为１０５００Ｖ，接法为Ｙ形，如原主变高压侧由Ｙ形改为Δ形，则原高压侧额定电压可由１０５００Ｖ变为６０６０Ｖ；原主变低压侧额定电压为６３００Ｖ，接法为Δ形，如改为Ｙ形则额定电压为１０９１１Ｖ；因此如把主变原低压侧改为高压侧，原高压侧改为低压侧，则原主变参数修改如下：

　　变压器型号Ｓ７－１２５０/１０，额定电压容量１２５０ｋＶＡ，联结组标号Ｙ/Δ１１，高压１０９１１，电流６６．４Ａ，低压６０６２Ｖ，电流１１９Ａ，额定电压１０９１１。

　　变压器运行工况与设计工况虽稍有偏差，但由于变压器有一定安全裕量，故影响不大。该方案优点除具有方案１优点外，还具有改造时间短（仅２小时），改造费用低（仅２００元）的优点。天桥电站主变经改造后投入运行，实测发电机机端电压在６２５０～６５５０Ｖ，厂用电电压不超过４２０Ｖ，在水轮发电机机组出力为１０００ｋＷ·ｈ，转子励磁电流为２５０Ａ时，实测功率因数在０．７９～０．８１之间，发电机定子温度和主变变压器温度在７５℃，安全隐患已完全排除。