水電站主接線電氣構造與關注問題

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1前言

目前小水電正在逐步發展中，供電方式也在不斷變化，運行模式從單機運行直接供電，發展到多機并列運行聯合供電，再發展到井入大電兩運行。但是水電站的接線方式一直是使用過去傳統的接線方式，即在單機運行時直接將供電發電機Y接線的中性線引出來并將其接地，在并網運行時變壓器和發電機中性點都要連通后接入地網，不管是單機還是多機并列后升壓與電網連接，或者是采用多機發變組與電網連接。這種接線方式的特點是可實現發電機側中性點接地系統供電達400/230V。這種接線方式的優點還有在電網停電時可以對近區負荷自發自供，為全站提供可靠的照明電，即在電網故障停電時自動關機組轉成空載而不滅磁，保護動作跳閘，廠房仍可照明。系統內部過電壓對低壓網絡影響較小，相對較可靠、安全，能在單相接地故障時動作跳閘，保護簡單。但是，這種接線方式也存在一些問題，將對其缺陷和改進措施進行探討。

2主接線電氣設計

2.1設計原則

水電站主接線電氣設計必須同時考慮電站的運輸條件、地形、樞紐總體布置、接入系統方式、建設規模、動能特性、水文氣象等各個因素。同時電力系統要求電站具有穩定性，必須努力做到經濟合理、節約投資、技術先進、接線簡單清晰、檢修維護方便、運行操作靈活、供電安全可靠。

2.2比較發電機電壓側接線方案

第一方案，接線方式使用單母線隔離開關。母線隔離開關在正常運行過程中處在分段狀態。1臺SF10-31500／110／10.5kV雙卷變壓器與1G發電機接于I段母線，正常運行狀態下形成單元的運行方式；1臺SF10-63000／110／10.5kV雙卷變壓器與2G，3G發電機接于Ⅱ段母線，正常運行狀態下形成擴大單元運行方式。發電機電壓母線I、Ⅱ段分別與兩臺廠用變相接，相互之間形成暗備用。生活區、船閘、壩頂等用電和外接設備電源與I、Ⅱ段母線分別相接。第二方案，1臺SF10-31500／110／10.5kV雙卷變壓器與1G發電機相連形成單元接線；1臺SF10-63000／110／10.5kV雙卷變壓器與2G，3G發電機相連形成擴大單元接線；發電機電壓母線I、Ⅱ段分別連接兩臺長用變，相互之間形成暗備用。生活區、船閘、壩頂等用電和外接設備電源與1O．5kV母線Ⅲ段連接。這兩套組合保護裝置無論什么時候都只能使一套運行。

2.3兩方案的技術經濟比較

第一方案：該方案布置方便、發電機電壓側設備少、運行維護方便、接線簡單清晰。與第二方案相比，第一方案所需的高壓設備和變壓器臺數相對較少，這就使得開關站的占地面積大大縮小了，開關站的開挖量也相應減少了，達到了節約土建投資及設備的目的。但是，它仍然存在一些缺點，即運行靈活性及可靠性相對較低。由于與發電機電壓母線I、Ⅱ段相連的起到輔助作用的設備過多，當設備發生故障時就會導致于該段母線相連的發電機停止工作，最終導致無法向外輸送電能。除此之外，一臺變壓器與兩臺機組相連，若發生故障則會對較大的范圍都產生影響。當進行檢修或者電壓器出現故障的時候，兩臺機組全部斷電，不能繼續輸送電能，會造成嚴重的電能損失。第二方案：該方案比第一方案具有更高的可靠性，同時運行過程也比較靈活。它采用的保護裝置由真空負荷開關及高壓限流熔斷器所組成，能夠保護生活區變壓器、船閘變壓器、和外接備用電源的斷相、過載、短路。若其中一個起輔助作用的變壓器出現短路事故，則熔斷器會切斷短路電流，與使用斷路器相比其動作時間非常短，且更加安全可靠，操作機構也相對簡單，不會發生拒合、拒分等現象。因此大大降低了由于輔助設備發生故障導致的電能無法輸送的概率，最終保證了發電機運行的安全性和可靠性。它的缺點是一次性投入較大。

2.4方案推薦

總而言之，第一方案的可靠性較差，因為設備發生事故導致不能輸送發電機電能的概率較大，由于停止發電所造成的經濟損失也較多。所以第二方案比第一方案更為合理，在經濟上方案二也具有相當的優勢。特別是對于風冷式、銅芯、無載調壓、節能型的變壓器，發生故障的概率較小，可以和電站機組進行同步的檢修。因此第二方案為最優選擇，不僅節省了投資，同時還使電站的可靠運行得到了保證。

3水電站主接線電氣設計需要注意的問題

3.1高壓限流熔斷器

高能氧化鋅電阻和限流熔斷器形成了一種組合保護裝置高壓限流熔斷器，使電器設備免受短路電流的破壞，簡稱為FUR。全廠所有的系統和發電機總的短路電流等于廠變高壓側所產生的短路電流，若將斷路器用于此處，因為此處電流非常大必須使用大開電流的斷路器，但是其需要的資金投入非常大，因此不會選擇大機組。設計新電站或改造舊電站時，使用FUR用于廠變高壓側。在很短的時間內它就能限制住短路電流，防止高廠變爆炸事故的發生。避免母線、主變壓器、發電機免受沖擊損傷。同時，要根據廠變低壓側能否良好配合進行限流熔斷器的選擇。

3.2中性點接地方式

發電機中性點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家標準的，在發生發電機單相接地故障時，因為經過消弧線圈接地的電流非常小，所以發電機開關可以暫時不跳，只是發出相應的信號，并由運行人員進行處理。國內近幾年新建設的水電站大部分發電機中性點都是采用接地變壓器接地即經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過消弧線圈綜合，因此在發生發電機單相接地故障時，接地電流就會大于國家標準中的允許值，所以此時就需要作用于跳發電機開關。設計選擇接地方式時要考慮到防止暫時狀態的過電壓破壞發電機絕緣，在間歇性單相接地故障時產生；還要考慮到如何避免單相接地故障轉化為相間故障或匝問故障，如何避免對發電機造成較大的損失。本著這一設計思想，主要選擇方式為單相接地故障產生的過電壓，采用發電機中性點的接地變壓器接地方式，即經高阻接地。

3.3接地系統和過電壓保護

將避雷裝置設置在電站屋頂，然后通過接地扁鋼與地網連接，能夠有效的保護電站免受直擊雷的危害，避雷帶連接于尾水接地網。由于雷電波可以沿110KV線路攻擊，因此在該線路上設置避雷線。將浪涌保護器設置在低壓配電柜內起到保護作用。

4總結

確定電氣主接線時應當綜合考慮動能特性、水文氣象、建設規模、系統狀況、樞紐總體布置、接入系統設計、運輸條件和地形、設備特點、環境保護等等相關因素。電氣主接線要滿足很多要求，如可靠性要求、電力系統對電站機組運行方式要求、電力系統的穩定性要求、供電運行靈活性、供電可靠性、接線簡單、檢修方便、便于實現分期過渡和自動化、經濟、合理等等。除此之外，設計電氣主接線時還要考慮在特殊情況和環境下不會造成大量水庫棄水，以不影響電站安全運行和經濟效益。