淺析農村小型水電站增效擴容的電氣設計

【摘要】農村水電是重要的清潔可再生能源，但目前老舊電站存在諸多問題，尤其是電氣技術落后、設備老化，無法達到現(xiàn)代自動化管理的要求。本文文章通過農村小水電增效擴容改造實例，對小水電電氣設備更新技改相關內容進行了介紹分析。

【關鍵詞】農村小水電；增效擴容；電氣設計

引言

農村水電是重要的清潔可再生能源，是農村特別是偏遠地區(qū)的重要民生設施。95年以前修建的很多農村小水電，建成于計劃經濟和經濟轉型時期，技術落后設備老化，不少水電站已存在報廢或瀕臨報廢狀況。根據(jù)農村小型水電站的實際存在問題，電氣一次改造中，水電站與電力系統(tǒng)的連接、電氣主接線、短路電流計算、電氣設備的布置、過電壓保護和接地等要充分發(fā)揮水電站增效擴容后的效益，盡可能采用簡單、清晰而又符合實際的方式。電氣設備應選擇安全、節(jié)能、環(huán)保型產品，嚴禁使用高耗能和可能對環(huán)境產生污染的設備。對電氣二次設備，宜采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)，應達到少人值守的目標。

現(xiàn)通過農村小水電增效擴容改造實例，簡要論述一下農村小型水電站增效擴容的電氣設計。

1、工程概況

陡山水電站始建于1977年，至今已運行30余年，電站金屬結構及機電設備陳舊老化，不能滿足正常運行要求；原有電氣設備陳舊、技術落后、能耗高，亟須更換。

2、電氣設計

2.1 接入電力系統(tǒng)方式

陡山水電站電站現(xiàn)狀輸電電壓等級為35kV，經附近35kV線路接入系統(tǒng)。裝機總容量3200kw，單機容量800kw。發(fā)電機母線電氣主接線方案為單母線斷路器分段，主變?yōu)閮膳_容量2500KVA變壓器。兩個廠用電源分別接自6.3KV母線和35KV母線。

根據(jù)電站裝機容量、運行方式以及附近電力系統(tǒng)現(xiàn)狀，選定電站輸電電壓等級為35kV，經附近35kV線路接入系統(tǒng)。

2.2 電氣主接線

1.電氣主接線方案

根椐水電站裝機容量、臺數(shù)、出線回路數(shù)、投資成本以及網負荷實際情況，確定35KV電氣主接線接線方式為單母線接線，6.3KV母線接線方式為斷路器分段。

2.廠用電

廠用電接線形式按《水力發(fā)電廠廠用電設計規(guī)范》規(guī)定，本電站采用兩個廠用電源，6.3kV母線上接入6.3/0.4kV廠用變壓器作為第一廠用電源，35kV母線上接入35/0.4kV廠用變壓器作為第二廠用電源。此種接線能滿足運行的安全可靠性要求，并具備一定的靈活性。

2.3 主要電氣設備

該水電站主要電氣設備選擇均按照額定電壓、電流選擇，并按最大運行方式下短路電流進行動、熱穩(wěn)定校驗。

1.水輪發(fā)電機

型號：SF1000kW-12

額定功率：1000kW

額定電壓：6300V

頻率：50Hz

2.主變壓器

根椐總裝機容量4000kW，發(fā)電機功率因數(shù)cos￠=0.875，變壓器容量應為4000kW/0.875=4571KVA。椐規(guī)范要求多臺機組水電站規(guī)劃設計，主變壓器應選擇兩臺或以上方案。

本電站設計確定兩臺主變的電氣主接線方案，選用兩臺型號為S11-3150kVA-6.3kV/38.5±7.5%kV的升壓變壓器，聯(lián)結組標號Yd11，低壓側電壓為6.3kV，髙壓側電壓為38.5±7.5%kV，阻抗電壓Ud%=7.0。

3.高壓控制柜

共16臺6.3 kV高壓控制柜，高壓柜選擇XGN2-10型。，配用高開斷能力和低截流值VS1型真空斷路器，配套VS1彈簧操動機構，合閘采用彈簧儲能方式。內容包括兩臺主變進線柜、四臺饋電柜，兩臺聯(lián)絡柜和六臺PT柜。

4.低壓控制柜

共3臺低壓控制屏，內容包括1臺GCS低壓雙電源進線屏，2臺低壓配電柜。

5.電氣設備布置

全部低壓控制屏均安裝在主控制室內，屏體后距墻800mm，12臺XGN2-10型髙壓控制柜安裝在髙壓開關柜室，雙列布置，屏后距墻1000mm。操作通道2000mm。各屏排列順序參照主結線要求，以一次線最短連接，兼顧操作方便的原則排列與安裝。

2.4 防雷接地

在35kV進線側設氧化鋅避雷器，電站6.3kV、35kV母線上設置氧化鋅避雷器。

副房外附近設一根塔式避雷針，避雷針髙度24m。接地體采用60×6鍍鋅扁帶鋼焊接在一起，另將廠房金屬構件上或地下建筑鋼筋與接地體焊接共同構成接地網。

防雷接地、工作接地、保護接地為共地，本設計運行管理采用計算機管理少人值守方案，自動化程較髙，根椐GB14050《系統(tǒng)接地的形式及安全技術要求》接地電阻以系統(tǒng)中要求最小值確定，因此確定接地電阻應小于1歐姆。

2.5 電氣二次

1.繼電保護設置

根椐小型水電站繼電保護設計規(guī)程，并參照小型水電站自動化設計規(guī)范，結合對本電站設計要求等情況，設置繼電保護為非自動運行和自動化運行雙備方案。

發(fā)電機事故保護：縱聯(lián)差動保護（微機處理）、瞬時電流速斷保護、限時電流速斷保護、定子接地保護，過電壓保護及失磁保護。

變壓器亊故保護：瓦斯保護、縱聯(lián)差動保護（微機處理）、接地保護。

35kV母線保護：瞬時電流速斷保護、防雷保護、遠程操作。

2.測量儀表：

發(fā)電機屏裝設：交流電壓表、交流電流表、有功功率表、功率因數(shù)表、頻率表、有、無功電度表。

變壓器屏裝設：交流電壓表、交流電流表。

3.同期操作裝置：

水電站與電力網并列運行，設置手動并網操作和微機自動并網操作系統(tǒng)裝置，兩套并網操作系統(tǒng)獨立，互為備用和選擇性使用。在水電站中心控制室設置公用同期屏一臺。

3、自動化系統(tǒng)設計

本電站設計以“無人值班，少人值守”為原則，采用全微機綜合自動化系統(tǒng)。計算機自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結構。整個系統(tǒng)分成主控級和現(xiàn)地級兩層，通信采用以太網結構，便于擴充功能設計。

現(xiàn)地單元控制級按被控對象性質分為機組控制單元、開關站及全廠公用設備控制單元。本電站設置4個現(xiàn)地控制單元（LCU），即每臺機組各設置1個LCU、開關站及全廠公用設備設置1個LCU。各現(xiàn)地控制單元直接完成生產過程的實時數(shù)據(jù)采集及預處理，單元狀態(tài)監(jiān)視、調整和控制，以及與上位機的通信聯(lián)絡等功能。

4、結語

農村小水電機組和電氣設備進行系統(tǒng)更新技改后，有效提高了電站綜合自動化水平和發(fā)電安全性，鞏固和增加水電發(fā)電能力，促進節(jié)能減排，提高了綜合利用能力，有助于促進社會主義新農村建設。

作者簡介：劉明（1983—），男，工程師，主要從事水利工程設計工作。