關(guān)于水電站電氣主接線及變電站主變保護(hù)設(shè)計(jì)研究

毛科峰 李達(dá)

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;保護(hù)設(shè)計(jì)

一、前言

可靠的電力供應(yīng)在工程建設(shè)領(lǐng)域中較為關(guān)鍵，能夠影響工程項(xiàng)目的施工能否順利進(jìn)行。在水利工程中，應(yīng)該多采用現(xiàn)代化的電力自動(dòng)化控制技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)和供電系統(tǒng)技術(shù)，以保證水利工程的施工自動(dòng)化水平和施工質(zhì)量，提高水利工程的整體效益。

二、水電站電氣主接線保護(hù)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(tái)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(duì)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(huì)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(huì)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(tái)主變壓器，在采取擴(kuò)大單元接線之后，只需要一臺(tái)主變壓器就能夠完成相應(yīng)的工作任務(wù)，即便有一臺(tái)主變壓器產(chǎn)生了故障問題，其它的備用變壓器就會(huì)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(duì)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(duì)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(huì)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(huì)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;

三、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)模的水電站來說，其接入系統(tǒng)的接線方式比較簡單，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題，通常需要將一臺(tái)廠用變壓器接入到主接線的母線上。

四、水電站主接線電氣設(shè)計(jì)方案

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便，但是一旦母線出現(xiàn)故障問題，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。

（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)在于通過線路分流的形式，成倍的提高了水電站主接線的穩(wěn)定性。

（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，即便是其中一臺(tái)主變壓器發(fā)生故障問題，也能夠交替使用，不會(huì)影響到水電站正常的發(fā)電。

五、結(jié)束語

水電站作為現(xiàn)階段國內(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)荷也越來越大。通過主接線電氣設(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。電氣設(shè)備是水電站電力系統(tǒng)的重要組成部分，其穩(wěn)定性與安全性直接決定著電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況，如何降低和消除過電壓帶來的損害關(guān)系著水電站的發(fā)展成效。因此，作為新時(shí)代的水電站技術(shù)工作者要發(fā)現(xiàn)水電站電氣過電壓種類與產(chǎn)生原因，并采取先進(jìn)的過電壓保護(hù)技術(shù)保障電氣化設(shè)備不受到損害，這樣才能確保水電站運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供更加穩(wěn)定的電力能源支持。

參考文獻(xiàn)

[1]龔定文.水電站電氣主接線方案比選[J].河南水利與南水北調(diào)，2020，49（3）：31-32.

[2]劉志欣.水電站電氣主接線優(yōu)化設(shè)計(jì)探討[J].科技風(fēng)，2020，（9）：187，192.

[3]楊志芳，崔磊，范鍇.水電站與提水泵站結(jié)合布置條件下 電氣主接線創(chuàng)新研究[J].水利水電快報(bào)，2019，40（12）：29-33.

[4]向敏.利用信息技術(shù)優(yōu)化高職專業(yè)課程教學(xué)設(shè)計(jì)探析[J].中國教育技術(shù)裝備，2019，（6）：107-109，114.