試論水電站運(yùn)行中電氣接線中常見(jiàn)問(wèn)題及對(duì)策

徐 輝 王 鋼

（1.浙江省江山市峽口水庫(kù)管理局峽口電站，浙江 衢州 324116；2.浙江省江山市峽口水庫(kù)管理局白坑電站，浙江 衢州 324115）

1 概述

小水電站經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，供電方式和運(yùn)行模式都在不斷地變化。但水電站的接線方式還沒(méi)變，還是采用傳統(tǒng)的接線方式，發(fā)電機(jī)側(cè)中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的供電達(dá)到400/230V是這種接線方式的特點(diǎn)。此接線方式還有重要的優(yōu)點(diǎn):電網(wǎng)停電時(shí)，可以對(duì)附近的區(qū)域負(fù)荷自發(fā)自供，可以為全站提供正常的照明電。原理:電網(wǎng)出現(xiàn)故障而停電時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉機(jī)組，轉(zhuǎn)成空載但不滅磁，保護(hù)動(dòng)作跳閘。好處:內(nèi)部過(guò)電對(duì)較低壓網(wǎng)絡(luò)的影響較小，較安全可靠，保護(hù)簡(jiǎn)單，在單相接地故障出現(xiàn)時(shí)動(dòng)作跳閘。同時(shí)，這種接線方式也有自身的不足，下面對(duì)這種方式的缺點(diǎn)以及改進(jìn)措施進(jìn)行全面分析。

2 主接線電氣設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

水電站的主接線電氣設(shè)計(jì)要同時(shí)考慮很多因素，如:電站的地形、運(yùn)輸條件、電站樞紐的總體布置、水電站規(guī)模、水文氣象等。電力系統(tǒng)對(duì)電站的要求是穩(wěn)定性，必須做到經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、節(jié)約成本、接線方式簡(jiǎn)單清晰、后期維護(hù)方便、操作靈活和供電的安全可靠。

2.2 比較發(fā)電機(jī)電壓側(cè)接線方案

方案一，采用單母線隔離開(kāi)關(guān)的接線方式。在正常運(yùn)行的過(guò)程中母開(kāi)關(guān)始終處于分段狀態(tài)。1臺(tái)SF10-31500/110/10.5kV雙卷變壓器與1G發(fā)電機(jī)接于I段母線，正常運(yùn)行時(shí)形成單元的運(yùn)行方式，1臺(tái)SF10-63000/110/10.5 kV雙卷變壓器與2G，3G發(fā)電機(jī)接于II段母線，正常運(yùn)行時(shí)形成擴(kuò)大單元的運(yùn)行方式。發(fā)電機(jī)電壓母線I，II段分別與兩臺(tái)廠用變壓器相連接，相互間形成備用。

方案二，1臺(tái)SF10-31500/110/10.5 kV雙卷變壓器和1G發(fā)電機(jī)相連接形成單元接線;1臺(tái)SF10-63000/110/10.5kV雙卷變壓器和2G，3G發(fā)電機(jī)相連接形成擴(kuò)大單元接線;發(fā)電機(jī)電壓母線I，II段分別連接兩臺(tái)長(zhǎng)用變壓器，相互之間形成暗備用。生活區(qū)、船閘和壩頂?shù)扔秒姾屯饨釉O(shè)備的電源與10.5kV母線III段連接。這兩套組合的保護(hù)裝置任何時(shí)候只能使一套運(yùn)行。

2.3 兩方案的經(jīng)濟(jì)比較

方案一，該方案的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)電機(jī)電壓側(cè)設(shè)備少、布置方便、后期維護(hù)簡(jiǎn)單方便、接線簡(jiǎn)單。和方案二相比，方案一需要的高壓設(shè)備相對(duì)較少，變壓器臺(tái)數(shù)也較少，這樣開(kāi)關(guān)站的占地面積就會(huì)縮小許多，開(kāi)關(guān)站的開(kāi)挖量減少了很多，節(jié)約了設(shè)備的投資和土建的支出。但是，方案一也有一些缺點(diǎn)，比如運(yùn)行的靈活性較低，可靠性也較低。因?yàn)榕c發(fā)電機(jī)電壓母線I，II段相連并起輔助作用的設(shè)備過(guò)多，當(dāng)這些設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，與該段母線相連的發(fā)電機(jī)就會(huì)停止運(yùn)行，最終的結(jié)構(gòu)就是無(wú)法向外輸送電能。另外，由一臺(tái)變壓器連接兩臺(tái)機(jī)組，發(fā)生故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大范圍的影響。在后期的維護(hù)中，對(duì)機(jī)組進(jìn)行檢修時(shí)或有故障出現(xiàn)時(shí)，兩臺(tái)機(jī)組及要同時(shí)斷電，這樣會(huì)對(duì)電能造成嚴(yán)重的損失。

方案二，該方案的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行過(guò)程中靈活性更高，可靠性也更高。方案一所采用的保護(hù)裝置是由正空負(fù)荷開(kāi)關(guān)和高壓限流熔斷器組成的，這樣對(duì)生活區(qū)和船閘的變壓器及外接的備用電源的過(guò)載、短路和斷相有很好的保護(hù)作用。在運(yùn)行中如果其中一個(gè)變壓器出現(xiàn)故障，熔斷器會(huì)切斷短路電流，相比于斷流器動(dòng)作時(shí)間更短，更加安全可靠，機(jī)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，不會(huì)有拒合與拒分的情況。因此，由于輔助設(shè)備發(fā)生故障而導(dǎo)致的電能無(wú)法輸送的情況大大減少了，從而保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的安全和可靠。而它的缺點(diǎn)就是投入會(huì)比較大。

第二方案比第一方案具有更高的靠性，且第二方案在運(yùn)行時(shí)更加的靈活。它以真空負(fù)荷開(kāi)關(guān)及高壓限流熔斷器為保護(hù)裝置，這樣可以在很大程度上保證生活區(qū)的電壓器、船閘變壓器和外接備用電源的斷相、過(guò)載、短路等情況的發(fā)生。如果其中的一個(gè)輔助電壓器發(fā)生了短路情況，這時(shí)熔斷器會(huì)自動(dòng)快速地切斷短路電流，這樣就可以在很大程度上增強(qiáng)電氣的安全性和可靠性，而且使用第二方案的操作也相對(duì)比那個(gè)簡(jiǎn)單。這樣就在很大成度上將少了由于輔助設(shè)備發(fā)生故障而導(dǎo)致發(fā)電無(wú)法輸送的情況，從而大大提高了發(fā)電機(jī)運(yùn)行的安全可靠性。但是其花費(fèi)相對(duì)較大。

2.4 方案推薦

從上面的分析我們能夠看出，第二方案的可靠性和安全性相對(duì)第一方案都比較高，其故障發(fā)生的概率相對(duì)較低，同時(shí)降低了因事故發(fā)生而引起的經(jīng)濟(jì)損失。因此，我們可以看出選擇第二方案是最為科學(xué)及合理的。從經(jīng)濟(jì)層面來(lái)講，第二方案可以減小各種變壓器的故障發(fā)生概率，雜檢修時(shí)也比較方便。所以，我們從諸多方面考慮，第二方案是最容易被采用的。

3 關(guān)于水電站主線電氣設(shè)計(jì)問(wèn)題的分析

3.1 高壓限流熔斷器

高能氧化鋅電阻和限流熔斷器共同形成一種高壓限流熔斷器保護(hù)組合。在全廠全部的系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)總的短路電流和廠變高壓側(cè)所產(chǎn)生的電流相同，如果在此處使用斷路器，則必須使用大開(kāi)電流的短路器，其需要的費(fèi)用非常大，所以一般不會(huì)使用大機(jī)組，所以選用RUR熔斷器來(lái)設(shè)計(jì)和改造電站。它可以快速地限制短路電流，避免廠變爆炸事故的發(fā)生。同時(shí)可以保證母線、主變壓器以及發(fā)電機(jī)不受到短路電流的影響。

3.2 中性點(diǎn)接地方式

在以前都是采用消弧線圈接地的接地方式作為發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)，這一方式滿足了國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。它在工作時(shí)都是以人工的方式來(lái)完成。在目前，我國(guó)多數(shù)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)都采用接地變壓器進(jìn)行接地處理，這一改變使得接地的電容性電流不經(jīng)過(guò)消弧線圈綜合，所以在發(fā)生發(fā)電機(jī)的單機(jī)接地事故時(shí)，接地的電流機(jī)會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)值，因此這個(gè)時(shí)候就要需要作用與跳發(fā)電開(kāi)關(guān)。在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到如何避免單相接地故障轉(zhuǎn)化為相間故障或匝問(wèn)故障，以最大限度地減少損失。根據(jù)這一設(shè)計(jì)思路，我們主要以單相接地故障產(chǎn)生的過(guò)電壓，以中性點(diǎn)的接地變壓器接地的方式進(jìn)行。

3.3 關(guān)于接地系統(tǒng)以及過(guò)電壓保護(hù)的分析

在屋頂設(shè)立避雷裝置，然后使用接地扁鋼和地網(wǎng)連接，能夠非常有效的保護(hù)電站因?yàn)橹崩讚舳鴰?lái)的巨大危害，從而在很大程度上提高了變電站的安全性。雷擊時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的電波，這些電波可以沿著110千伏的線路進(jìn)行破壞，所以在110千伏線路上設(shè)置避雷裝置時(shí)要將保護(hù)器放置在低壓電柜內(nèi)，從而起到保護(hù)作用。

結(jié)語(yǔ)

在對(duì)電氣主線進(jìn)行接入時(shí)要考慮各種可能發(fā)生的狀況，還必須考慮電站的運(yùn)輸條件及其所處的地勢(shì)、電站的規(guī)模、設(shè)施的特征特性以及相關(guān)的環(huán)保工作等條件。電力系統(tǒng)要求電站具有穩(wěn)定性，必須做到經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)約投資、接線設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單清晰、檢修維護(hù)方便、運(yùn)行操作靈活、供電安全可靠方便。

[1]周晨光.電力系統(tǒng)變電運(yùn)行潛在問(wèn)題及防范對(duì)策[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊），2011（6）.

[2]代俊.論變電運(yùn)行中存在問(wèn)題的解決方法[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（8）.