水電站主接線電氣設(shè)計(jì)與注意問(wèn)題探究

李度

摘 要：為了更好地滿足各個(gè)行業(yè)的用電需求，水電站的供電模式也在不斷變化。其中電氣主接線作為一種新型接線方式，由于具有安全性高、檢修維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)，因此近年來(lái)在國(guó)內(nèi)水電站中得到了比較廣泛的應(yīng)用。但是通過(guò)實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，該設(shè)計(jì)方式也存在一些問(wèn)題，需要在主接線電氣設(shè)計(jì)過(guò)程中加以重視。

關(guān)鍵詞：水電站；電氣主接線；設(shè)計(jì)方案；注意問(wèn)題

中圖分類(lèi)號(hào)：TM645 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）01-0123-02

Abstract： In order to better meet the needs of various industries， the power supply mode of hydropower stations is also constantly changing. As a new type of wiring mode， electrical main wiring has been widely used in domestic hydropower stations in recent years because of its advantages of high safety， convenient maintenance and economy. But through the practical application effect， the design method also has some problems which need to be paid attention to in the process of the main wiring electrical design.

Keywords： hydropower station； main electrical connection； design scheme； attention

引言

電氣主接線是水電站電氣設(shè)計(jì)中的核心環(huán)節(jié)，在主接線電氣設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮多方面的影響因素，包括電力系統(tǒng)、樞紐布置甚至包括地形條件等。只有將多種影響因素納入到電氣設(shè)計(jì)中來(lái)，才能切實(shí)保障水電站主接線電氣設(shè)計(jì)的穩(wěn)定和可靠運(yùn)行。文章首先概述了水電站主接線電氣設(shè)計(jì)的一些主要特點(diǎn)，隨后就幾種常見(jiàn)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析，最后結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，提出了主接線電氣設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)關(guān)注的幾項(xiàng)問(wèn)題。

1 水電站主接線電氣設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）對(duì)于一些中小型規(guī)模的水電站來(lái)說(shuō)，其接入系統(tǒng)的接線方式比較簡(jiǎn)單，電壓等級(jí)通常以110kV和35kV為主。由于水電站距離負(fù)荷區(qū)相對(duì)較近，因此主接線的回路較少；（2）多數(shù)水電站的選址多以山區(qū)為主，因此周邊地形相對(duì)復(fù)雜。對(duì)于水電站中的一些大型設(shè)備，在安裝和電氣設(shè)計(jì)時(shí)可能會(huì)受到限制。為了確保水電站主接線電氣設(shè)計(jì)的安全性和可靠性，需要優(yōu)先考慮使用SF6組合電器。（3）根據(jù)水電站裝機(jī)容量的大小，確定電氣主接線的設(shè)計(jì)方案。如果水電站的裝機(jī)容量較大，需要從電站升高電壓側(cè)接入主接線。反之，如果水電站裝機(jī)容量較小，考慮到電能損耗等問(wèn)題，通常需要將一臺(tái)廠用變壓器接入到主接線的母線上。

2 水電站主接線電氣設(shè)計(jì)方案

2.1 發(fā)電機(jī)電壓側(cè)接線

主變壓器是水電站運(yùn)行中的核心設(shè)備，不同規(guī)模的水電站中主變壓器的數(shù)量也有一定差異。以中小型水電站（2臺(tái)主變壓器）為例，其發(fā)電機(jī)電壓側(cè)的接線方式大體可分為以下幾種。

（1）單母線與單母線分段接線

以往有些中小型水電站采用單母線接地的方式，雖然這種接線方式比較簡(jiǎn)便，但是一旦母線出現(xiàn)故障問(wèn)題，為了保障檢修工作的安全性，需要水電站進(jìn)行全站停機(jī)，從而影響了正常工作的開(kāi)展。在單母線直接接地的基礎(chǔ)上，提出了單母線分段接地的電氣設(shè)計(jì)思路：各段母線之間采用并聯(lián)方式連接，即便是其中某一段母線出現(xiàn)故障，也能夠通過(guò)啟用備用線路的方式向水電站用電系統(tǒng)供電，保障了線路運(yùn)行安全。通過(guò)應(yīng)用效果來(lái)看，單母線分段接地的配電裝置數(shù)量較少，并且各線路之間的鏈接比較清晰，電氣設(shè)備相互之間不容易受到干擾影響，顯著提高了主接線電氣設(shè)計(jì)的可靠性。

（2）單元接線方式

該種接線方式是在主變壓器下分別連接兩個(gè)支線，其中一條支線上安裝發(fā)電機(jī)組，另一條支線上安裝廠用變壓器。單元接線方式的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)線路分流的形式，成倍的提高了水電站主接線的穩(wěn)定性。同時(shí)，保證了發(fā)電機(jī)和主變壓器的容量相匹配，避免了因發(fā)動(dòng)機(jī)功率過(guò)高而導(dǎo)致連接線路受熱出現(xiàn)故障的問(wèn)題。從成本上來(lái)看，由于單元接線中需要連接一定數(shù)量的高壓斷路器，因此投資成本可能稍微較高。但是由于中小型水電站中只有1-2臺(tái)主變壓器，因此綜合效益來(lái)看，采用單元連接方式具有較高的可行性。

（3）擴(kuò)大單元接線

該種接線方式是對(duì)單元接線的一種改良，兩者的主要區(qū)別是擴(kuò)大單元接線方式中，簡(jiǎn)化了電氣布置，例如原有水電站中使用2臺(tái)主變壓器，采用擴(kuò)大單元接線方式后，只需要使用1臺(tái)主變壓器即可完成等量工作。這樣一來(lái)，即便是其中一臺(tái)主變壓器發(fā)生故障問(wèn)題，也能夠交替使用，不會(huì)影響到水電站正常的發(fā)電。

2.2 升高電壓側(cè)的接線方式

水電站的主變壓器大多采用兩繞組變壓器，這類(lèi)變壓器具有較強(qiáng)的絕緣性能和耐高溫能力，尤其是在用電高峰期，水電站所承擔(dān)的負(fù)荷較高，繞組變壓器可以在一定程度上緩解水電站的運(yùn)行壓力。水電站中所用的繞組變壓器通常采用升高電壓側(cè)的接線方式，同時(shí)根據(jù)接線位置的不同，又可細(xì)分為以下幾種。

（1）變壓器-線路組接線

該種接線方式比較簡(jiǎn)單，主要的接線原理就是通過(guò)外加導(dǎo)流線路，以提高變壓器的運(yùn)行工作效率。但是由于連接導(dǎo)線的電阻與變壓器相比，基本上可以忽略不計(jì)，因此容易出現(xiàn)變壓器短路故障。而一旦變壓器出現(xiàn)故障，由于整個(gè)主接線電氣設(shè)計(jì)采用單線路連接，維修時(shí)就需要進(jìn)行全站停電。因此，目前許多水電站逐漸淘汰了變壓器-線路組接線方式。endprint

（2）單母線與單母線分段接線

與發(fā)電機(jī)電壓側(cè)接線方式不同，升高電壓側(cè)的單母線分段接線成本相對(duì)較低，并且線路中所用的電氣設(shè)備數(shù)量和種類(lèi)更少。單母線分段接地會(huì)導(dǎo)致同一條母線所負(fù)擔(dān)的電流電壓值降低，因此在一些大型水電站中的適用性會(huì)受到一定的限制。在進(jìn)行主接線電氣設(shè)計(jì)時(shí)，可以將某一段母線與發(fā)電機(jī)組相連，達(dá)到繼電保護(hù)的效果。除此之外，也可以嘗試在母線旁邊額外增加一個(gè)隔離開(kāi)關(guān)，這樣當(dāng)其中一段母線出現(xiàn)故障后，還能夠利用隔離開(kāi)關(guān)發(fā)揮一定的保護(hù)作用，避免檢修過(guò)程中出現(xiàn)斷電問(wèn)題。

（3）橋形接線

在一些“兩進(jìn)兩出”型的水電站中，如果采用單母線或單母線分段連接方式，由于兩回路之間的變壓器功率不一致，因此電氣主接線不能直接相連，無(wú)形中降低了水電站的發(fā)電效率。橋形連接則可以起到平衡功率的作用。根據(jù)連接方式的不同，橋形連接又可分為“內(nèi)橋”和“外橋”兩種，兩種連接方式具體發(fā)揮的作用也存在一定差別。例如，外橋接線主要用來(lái)解決水電站調(diào)峰和變壓器切合等工作，如果水電站發(fā)電量較大或是投入使用年限較久，則不宜使用外橋連接；內(nèi)橋連接的主要作用是故障備用，即當(dāng)電氣主接線其中一條母線出現(xiàn)故障后，通過(guò)搭接內(nèi)橋，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域短路，以便于在水電站不停機(jī)的前提下完成檢修。

3 水電站主接線電氣設(shè)計(jì)需要注意的問(wèn)題

3.1 高壓線劉熔斷器

高能氧化鋅電阻和限流熔斷器形成了一種組合保護(hù)裝置高壓限流熔斷器，使電器設(shè)備免受短路電流的破壞，簡(jiǎn)稱(chēng)為FUR。全廠所有的系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)總的短路電流等于廠變高壓側(cè)所產(chǎn)生的短路電流，若將斷路器用于此處，因?yàn)榇颂庪娏鞣浅４蟊仨毷褂么箝_(kāi)電流的斷路器，但是其需要的資金投入非常大，因此不會(huì)選擇大機(jī)組。設(shè)計(jì)新電站或改造舊電站時(shí)，使用FUR用于廠變高壓側(cè)。在很短的時(shí)間內(nèi)它就能限制住短路電流，防止高廠變爆炸事故的發(fā)生。避免母線、主變壓器、發(fā)電機(jī)免受沖擊損傷。同時(shí)，要根據(jù)廠變低壓側(cè)能否良好配合進(jìn)行限流熔斷器的選擇。

3.2 中性點(diǎn)接地方式

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)以前一直是采用消弧線圈接地的接地方式。這種接地方式是可以滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的，在發(fā)生發(fā)電機(jī)單相接地故障時(shí)，因?yàn)榻?jīng)過(guò)消弧線圈接地的電流非常小，所以發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)可以暫時(shí)不跳，只是發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，并由運(yùn)行人員進(jìn)行處理。國(guó)內(nèi)近幾年新建設(shè)的水電站大部分發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)都是采用接地變壓器接地即經(jīng)高阻接地的接地方式，這種接地方式的接地電容性電流不經(jīng)過(guò)消弧線圈綜合，因此在發(fā)生發(fā)電機(jī)單相接地故障時(shí)，接地電流就會(huì)大于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的允許值，所以此時(shí)就需要作用于跳發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)。設(shè)計(jì)選擇接地方式時(shí)要考慮到防止暫時(shí)狀態(tài)的過(guò)電壓破壞發(fā)電機(jī)絕緣，在間歇性單相接地故障時(shí)產(chǎn)生；還要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，如何避免對(duì)發(fā)電機(jī)造成較大的損失。本著這一設(shè)計(jì)思想，主要選擇方式為單相接地故障產(chǎn)生的過(guò)電壓，采用發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的接地變壓器接地方式，即經(jīng)高阻接地。

3.3 接地系統(tǒng)和過(guò)電壓保護(hù)

避雷工作是水電站電氣設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容之一，選擇水電站屋頂空曠處安裝避雷設(shè)備，確保避雷設(shè)備的穩(wěn)定性。然后利用扁鋼或大直徑的鐵線與地網(wǎng)連接，自上而下形成一個(gè)有效的桐廬。這樣當(dāng)高空建筑受到雷電的襲擊后，將瞬時(shí)大電流直接導(dǎo)入地下，達(dá)到了對(duì)電氣主接線系統(tǒng)的保護(hù)作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

水電站作為現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)電力資源的主要產(chǎn)生方式之一，隨著社會(huì)用電需求量的上升，水電站所承擔(dān)的供電負(fù)荷也越來(lái)越大。通過(guò)主接線電氣設(shè)計(jì)，可以切實(shí)提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，滿足水電站發(fā)電、供電的多方面需求。當(dāng)然，電氣主接線設(shè)計(jì)也要結(jié)合水電站的實(shí)際情況，例如水文特點(diǎn)、作業(yè)環(huán)境、樞紐布置等。只有全方位的考慮多種影響要素，才能切實(shí)提高電氣主接線設(shè)計(jì)的科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)水電站安全性能和競(jìng)技效益的同步提升。

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