水電站電氣主接線優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

劉志欣

摘要：所謂水電站電氣主接線，即是將發(fā)電機(jī)、變壓器、電容器、避雷器等一次電氣設(shè)備按照事先設(shè)計(jì)的生產(chǎn)流程構(gòu)成電能生產(chǎn)、轉(zhuǎn)化、輸送和分配的電氣回路，電氣主接線優(yōu)化設(shè)計(jì)是水電站電氣方面設(shè)計(jì)的重點(diǎn)工作之一，其優(yōu)化設(shè)計(jì)的合理性直接決定著電力系統(tǒng)與水電站的安全運(yùn)行，因此，本文將簡要闡述水電站電氣主接線優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則，并提出水電站主線路優(yōu)化設(shè)計(jì)的可行性策略，希望為水電站相關(guān)技術(shù)工作者提供有價(jià)值的參考與建議。

關(guān)鍵詞：水電站;電氣主接線;優(yōu)化設(shè)計(jì)

水電作為一種綠色能源，在國民經(jīng)濟(jì)與社會建設(shè)中扮演著十分重要的角色，為了保障水電站可以安全可靠地運(yùn)行，選擇技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理的電氣主接線方案就顯得尤為重要，而且在實(shí)際應(yīng)用的過程中，技術(shù)工作者還需要對電氣設(shè)備選用、配電裝置布局和繼電保護(hù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這樣才能全方位保障水電站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在傳統(tǒng)的水電站電氣主線路設(shè)計(jì)過程中，主要是針對短路計(jì)算、配電裝置、無功補(bǔ)償以及變壓器等相關(guān)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，短路計(jì)算與設(shè)備的選用是傳統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)的主要方向，針對電氣主接線方式的研究不夠透徹，而在電力技術(shù)快速發(fā)展的形勢下，電氣主接線作為一種新型的接線方式，在水電站電氣設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用，而且在實(shí)際運(yùn)行中也發(fā)揮著不可或缺的重要作用，在具體設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)化了水電站電氣主接線設(shè)計(jì)優(yōu)化的重點(diǎn)。

一、水電站電氣主接線優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則

毋庸置疑，水電站電氣主接線設(shè)計(jì)的合理性直接關(guān)系著電力系統(tǒng)、水電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)計(jì)人員必須要堅(jiān)持可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性的原則來設(shè)計(jì)水電站電氣主線路，以此來獲得最優(yōu)化的電氣主線路設(shè)計(jì)方案，為水電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行營造出良好的條件。首先，可靠性原則?？煽啃允撬娬驹O(shè)計(jì)與運(yùn)行的首要要求，也是保證水電供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)，通常情況下，對于水電站電氣主接線可靠性衡量的標(biāo)準(zhǔn)是在斷路器檢修過程匯總，系統(tǒng)的供電不能受到影響，而且在母線發(fā)生故障、斷路器產(chǎn)生問題或者母線在檢查維修的過程中，要能夠減少停運(yùn)的回路數(shù)和停運(yùn)時(shí)間，電氣主線路的設(shè)計(jì)方案要有利于降低或者消除發(fā)電廠、變電所停止運(yùn)行的可能性。其次，在靈活性方面。水電站電氣主接線要滿足在具體調(diào)度、檢查維修和擴(kuò)建過程中的靈活性，在具體開展調(diào)度工作時(shí)，技術(shù)工作者能夠靈活地投入或者切除發(fā)電機(jī)變壓器和相關(guān)線路，為事故運(yùn)行模式與檢修運(yùn)行模式系統(tǒng)調(diào)度創(chuàng)造條件，最大限度地降低隔離開關(guān)的操作次數(shù)，另外在工作人員進(jìn)行檢修的過程中，能夠很便捷地停運(yùn)斷路器與相關(guān)的繼電保護(hù)設(shè)施，在安全檢查的過程中并不影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，不會對電力用戶的用電效果帶來影響。最后，在經(jīng)濟(jì)性方面。在社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和市場競爭日益激烈的形勢下，保證電氣主接線設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性對于水電站的發(fā)展和運(yùn)行至關(guān)重要，主接線的設(shè)計(jì)要力求簡單，從而來節(jié)省斷路器、避雷器和電壓互感器等設(shè)備設(shè)施，保證二次回路和相關(guān)繼電保護(hù)裝置不復(fù)雜，這樣將會為水電站節(jié)省更多的成本，同時(shí)還要盡可能地限制短路電流，為選擇更加經(jīng)濟(jì)的電氣化設(shè)備奠定良好的基礎(chǔ)，在保證水電站相關(guān)功能的同時(shí)，促使電氣主接線設(shè)計(jì)朝著可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性的方向發(fā)展。

二、水電站電氣主接線設(shè)計(jì)方案

（一）發(fā)電機(jī)電壓側(cè)接線

主變壓器一直是水電站運(yùn)行過程中的核心裝置，技術(shù)人員需要根據(jù)水電站規(guī)模的大小來合理設(shè)計(jì)主變壓器的數(shù)量，以常見的中小型水電站為例，一般有兩臺主變壓器，這樣的發(fā)電機(jī)電壓側(cè)的接線方式主要可以分為三種形式：單母線與單母線分段接線、單元接線方式和擴(kuò)大單元接線方式。其一，單母線與單母線分段接線。單母線接線方式最大的特點(diǎn)就是接線方式較為簡單，但是也有著不可忽視的弊端，如一旦母線發(fā)生了故障，那么為了保證檢修人員的安全和相關(guān)電氣化設(shè)備的安全性，通常需要對水電站進(jìn)行全站停機(jī)，嚴(yán)重影響了水電站的正常運(yùn)營，因此技術(shù)工作者可以采取單母線分段接線的電氣設(shè)計(jì)方案，也就是將母線之間利用并聯(lián)的方案來進(jìn)行連接，若是其中一段母線發(fā)生了故障問題，那么只需要啟用備用線路就可以實(shí)現(xiàn)水電站的正常工作，很好地保障了線路運(yùn)行的安全性，而且單母線分段接線的方式有著各線路連接清晰的顯著特點(diǎn)，水電站各個(gè)電氣化設(shè)備之間的工作不會受到影響，在很大程度上增強(qiáng)了電氣主接線設(shè)計(jì)的可靠性與合理性;其二，單元接線模式。這樣的接線方式即是在主變壓器下分別連接兩個(gè)支線，一條支線需要安裝廠用的變壓器，另一條支線則需要安裝發(fā)電機(jī)組，采取線路分流的方式大大提升了水電站主接線的可靠性，切實(shí)保障了主變壓器與發(fā)電機(jī)的容量匹配，降低了由于發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)而導(dǎo)致的連接線路受熱故障的現(xiàn)象，但是投資的成本會有一定的上升，就綜合的情況而言，單元連接方式具有很強(qiáng)的可行性;其三，擴(kuò)大單元接線。在擴(kuò)大單元接線的過程中，很好地簡化了電氣布置，如原來需要兩臺主變壓器，在采取擴(kuò)大單元接線之后，只需要一臺主變壓器就能夠完成相應(yīng)的工作任務(wù)，即便有一臺主變壓器產(chǎn)生了故障問題，其它的備用變壓器就會發(fā)揮作用，保證水電站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（二）升高電壓側(cè)的接線模式

通常情況下，水電站的主變壓器使用兩繞組變壓器，這樣的變壓器有著較強(qiáng)的絕緣性能與耐高溫能力，特別是在夏季，人們的用電量急劇上升，水電站承受的載荷較高，采用繞組變壓器可以在很大程度上緩解水電站的運(yùn)行壓力。在采用升高電壓側(cè)接線方式的過程中，按照接線的不同位置，又可以分為以下三種方式：首先，變壓器線路組接線。這樣的接線方式有著簡便的顯著特點(diǎn)，主要是采用外加導(dǎo)流線路的方式來提升變壓器的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，相對變壓器而言，連接導(dǎo)線的電阻基本上可以忽略不計(jì)，所以有可能出現(xiàn)變壓器短路故障再加上主接線電氣設(shè)計(jì)采用的是單線路連接，在具體維修的過程中就要全站進(jìn)行停電，因此大部分水電站逐步不再采用變壓器線路組接線的方式;其次，單母線和單母線分段接線。相對于發(fā)電機(jī)電壓側(cè)接線方式不同，升高電壓側(cè)單母線分段接線的成本較低，而且在實(shí)際線路中需要用到電氣設(shè)備數(shù)量與種類較為單一，這樣的接線方式會直接造成同一條母線負(fù)擔(dān)的電流電壓值降低，適用范圍不太廣泛。所以，在實(shí)際的水電站電氣主接線的設(shè)計(jì)工作中，技術(shù)工作者可以采取某一段母線與發(fā)電機(jī)組相連的方式來達(dá)到繼電保護(hù)的目的，同時(shí)也可以在母線旁邊增加隔離開關(guān)，一旦其中一段母線發(fā)生了故障問題，那么隔離開關(guān)就會起到一定的保護(hù)作用，有效避免在具體檢修的過程中發(fā)生斷電的問題;其三，橋形連接。部分水電站采用的是“兩進(jìn)兩出”的形式，若是利用單母線和單母線分段的方式，因?yàn)閮苫芈分g的變壓器功率不一樣，電氣的主接線就不可能直接連在一起，這樣就會在一定程度上降低水電站的發(fā)電功率，而橋形連接則能夠有效的平衡功率，以此來增強(qiáng)水電站電氣主接線設(shè)計(jì)的合理性。

三、結(jié)論

總而言之，水電站是目前國內(nèi)電力資源的主要生產(chǎn)方式之一。尤其是隨著社會各界對于電力能源的需求不斷上升，水電站承擔(dān)的供電載荷有了很大提升，注重水電站電氣主接線的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠大大增強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，有效滿足新時(shí)代水電站發(fā)電與供電等方面的需求，促使水電站安全性能與社會經(jīng)濟(jì)效益的同步提升，有效推動(dòng)水電行業(yè)邁上新的臺階。

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