【摘 要】目前小型水電站供電方式也在不斷變化，運(yùn)行模式從單機(jī)運(yùn)行直接供電，發(fā)展到多機(jī)并列運(yùn)行聯(lián)合供電。小水電站電氣主接線的設(shè)計(jì)，在符合可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性的前提下，電氣主接線型式趨向簡(jiǎn)潔化。而且，隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日趨完善，系統(tǒng)備用容量比重加大，電氣設(shè)備可靠性提高等，小型水電站電氣主接線需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求。
【關(guān)鍵詞】水電站；電氣主接線；水利
一、前言
發(fā)電廠、變電所是電力系統(tǒng)的主要組成部分，是發(fā)電、輸電和配電設(shè)備中重要的能量傳輸點(diǎn)。電氣主接線設(shè)計(jì)是水電站電氣設(shè)計(jì)的核心。在水電站裝機(jī)規(guī)模、臺(tái)數(shù)，電站接入系統(tǒng)電壓、出線回路數(shù)、距離和位置確定的條件下，主接線設(shè)計(jì)對(duì)主變壓器、斷路器等主要電氣設(shè)備的容量、臺(tái)數(shù)、型式的選擇與布置，對(duì)電站主要機(jī)電設(shè)備的繼電保護(hù)、監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)廠房布置、樞紐布置以及機(jī)電設(shè)備和土建投資，環(huán)境保護(hù)和水土保持等都密切相關(guān)，有著較大的影響。而且，電氣主接線設(shè)計(jì)對(duì)電站本身和電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行也起著十分重要的作用。因此，電氣主接線設(shè)計(jì)不僅是技術(shù)含量高、涉及范圍廣的一項(xiàng)錯(cuò)綜復(fù)雜的系統(tǒng)工程，又是衡量設(shè)計(jì)水平的一個(gè)重要標(biāo)志。
二、小型水電站電氣主接線設(shè)計(jì)的原則
水電站在電力系統(tǒng)中地位十分重要，一旦發(fā)生事故可能造成巨大損失。在設(shè)計(jì)水電站電氣主接線時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際現(xiàn)狀情況，并結(jié)合有關(guān)規(guī)程、規(guī)范遵循以下原則進(jìn)行：首先應(yīng)滿足電力系統(tǒng)對(duì)水電站供電穩(wěn)定性、可靠性要求，即能夠不間斷地向系統(tǒng)送出合格電能；應(yīng)綜合考慮水電站的水文氣象、動(dòng)能特性、建設(shè)規(guī)模、接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)、樞紐總體布置、地形和運(yùn)輸條件、環(huán)境保護(hù)、設(shè)備特點(diǎn)等因素；電氣主接線應(yīng)簡(jiǎn)單、清晰，便于操作維護(hù)運(yùn)行；電氣主接線應(yīng)具有一定的靈活性，適應(yīng)性；電氣主接線設(shè)計(jì)應(yīng)便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)、合理；繼電保護(hù)簡(jiǎn)單、可靠，易實(shí)現(xiàn)電站的綜合自動(dòng)控制；滿足電站初期發(fā)電及最終規(guī)模的運(yùn)行要求，還應(yīng)考慮便于分期過(guò)渡；技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、投資省，年運(yùn)行費(fèi)用低；在可行性研究、初步設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)電力系統(tǒng)連接的要求和水電站的裝機(jī)臺(tái)數(shù)，進(jìn)行電氣主接線方案比較和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析論證。
三、小型水電站電氣主接線設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)
1、解決近區(qū)負(fù)荷的供電問(wèn)題
水電站不同于火電廠，一般一次建成，不擴(kuò)建 ；水電站開(kāi)機(jī)程序比較簡(jiǎn)單，機(jī)組起動(dòng)迅速，并容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，無(wú)大的近區(qū)負(fù)荷，用升高電壓送電，出線回路少，多為調(diào)峰運(yùn)行，開(kāi)停機(jī)頻繁；不同于火電廠和降壓變電所，一般不預(yù)留出線回路；水電站廠用負(fù)荷較小，一般不從高壓側(cè)引線，備用廠用電源可引自地區(qū)配電網(wǎng)或保留施工變電站來(lái)解決；水電站多處于狹小山區(qū)，開(kāi)關(guān)站一般不作為分配或中轉(zhuǎn)電能的變電站，電氣主接線宜接線簡(jiǎn)單清晰；在同一河流上的梯級(jí)水電站或地理位置相近的幾個(gè)水電站，電站之間既有電的聯(lián)系，又有水的聯(lián)系；水電站電氣主接線設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)妥善解決近區(qū)負(fù)荷的供電問(wèn)題。
2、發(fā)電機(jī)電壓接線選擇
一般的小型水電站多采用下列三種方案進(jìn)行發(fā)電機(jī)電壓接線，方案一 ：?jiǎn)文妇�斷路器分段接線。優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行靈活、可靠，母線可分段運(yùn)行，減少短路電流；任一段母線檢修或故障，不影響另一段母線運(yùn)行；采用斷路器分段運(yùn)行操作方便靈活。缺點(diǎn)：運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高，電能損耗大，與其它方案比總投資多。方案二：擴(kuò)大單元接線。簡(jiǎn)單、清晰，與單元接線相比，減少了主變壓器臺(tái)數(shù)及其相應(yīng)的高壓設(shè)備數(shù)量，縮小布置場(chǎng)地，節(jié)省投資 ；減少了主變壓器高壓側(cè)進(jìn)出線，可簡(jiǎn)化布置和高壓側(cè)接線；主變壓器或其對(duì)應(yīng)高壓側(cè)設(shè)備故障、檢修，本單元兩臺(tái)機(jī)組容量受阻；運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，電能損耗小，與其它方案比總投資少。方案三：?jiǎn)卧泳�。機(jī)組與主變壓器數(shù)量相同，對(duì)應(yīng)性好，可靠性最高 ；繼電保護(hù)簡(jiǎn)單 ；主變高壓側(cè)進(jìn)線回路多，布置復(fù)雜，不利于簡(jiǎn)化高壓側(cè)的接線形式；主變臺(tái)數(shù)及主變高壓側(cè)斷路器數(shù)量多，增加主變及 110kV 設(shè)備布置場(chǎng)地與設(shè)備投資；運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用最高，電能損耗大，綜合與其它方案比總投資多。綜上所述，方案二技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越，高壓設(shè)備較少，檢修維護(hù)方便，可靠性較高。
3、過(guò)電壓保護(hù)和接地設(shè)計(jì)
過(guò)電壓保護(hù)和接地設(shè)計(jì)要根據(jù)具體水電站工程項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如在一個(gè)小水電站設(shè)計(jì)中，采用如下方式進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)和接地設(shè)計(jì)：（1）直擊雷保護(hù)。將避雷裝置設(shè)置在電站屋頂，然后通過(guò)接地扁鋼與地網(wǎng)連接，能夠有效的保護(hù)電站免受直擊雷的危害，避雷帶連接于尾水接地網(wǎng)。升壓站的直擊雷保護(hù)采用二支高24米的避雷針保護(hù)方式，避雷針單獨(dú)設(shè)立。雷電侵入波的過(guò)壓保護(hù)，升壓站35KV進(jìn)線架設(shè)1～2km的避雷線，把雷電沿導(dǎo)線侵入的陡度限制在一定允許值內(nèi)，使流過(guò)避雷器的沖擊電流值不超過(guò)5KA。同時(shí)，為了防止雷電波侵入升壓站損壞設(shè)備，在35KV母線裝設(shè)一組氧化鋅Y5W-42/134型辟雷器。由于雷電波可以沿110KV 線路攻擊，因此在該線路上設(shè)置避雷線。將浪涌保護(hù)器設(shè)置在低壓配電柜內(nèi)起到保護(hù)作用。（2）接地。避雷接地由垂直接地體和水平接地體組成，鋼垂直接地體用10條2.5m長(zhǎng)的50×5角鋼組成，水平接地體用40×4的扁鋼長(zhǎng)30米組成，接地電阻要求小于10歐姆。升壓站的工作接地主要由40×4的扁鋼水平接地體組成，在設(shè)備接地處共加12條2.5m的50×50角鋼垂直接地體，接地電阻要求不大于4歐姆。廠房為鋼筋混土結(jié)構(gòu)，廠房基礎(chǔ)鋼筋與接地網(wǎng)相接。
4、繼電保護(hù)設(shè)計(jì)
依據(jù)《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》，水電站配置下列繼電保護(hù)裝置。（1）發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)裝置采用：①過(guò)電流保護(hù)；②過(guò)電壓保護(hù)；③定子繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)；④失磁保護(hù)。（2）主變壓器繼電保護(hù)裝置采用：①電流速斷保護(hù)；②瓦斯保護(hù)；③溫度保護(hù)。（3）35KV線路繼電保護(hù)裝置采用：①電流速斷保護(hù)；②過(guò)流保護(hù)。
5、微機(jī)監(jiān)控綜合及自動(dòng)化系統(tǒng)
根據(jù)小型水電站實(shí)際情況以及為實(shí)現(xiàn)少人值班人的要求，采用以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為主，常規(guī)監(jiān)控為輔的原則，例如采用亞太公司研制的分層分布式結(jié)構(gòu)的DZWX-2000水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，由上位機(jī)系統(tǒng)、當(dāng)?shù)乜刂茊卧⑺啓C(jī)操作、勵(lì)磁屏等組成。上位機(jī)主要設(shè)備為1套監(jiān)控主機(jī)、1臺(tái)打印機(jī)、1套不間斷電源等組成。當(dāng)?shù)乜刂茊卧灿?套，2套為機(jī)組當(dāng)?shù)乜刂茊卧狶CU，2套水輪機(jī)調(diào)速器， 2套可控硅勵(lì)磁裝置組成。（1）上位機(jī)將來(lái)與調(diào)度中心或信息管理系統(tǒng)的通訊也采用CDT通訊規(guī)約進(jìn)行通訊，也可以根據(jù)需求把電站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送到辦公樓或廠長(zhǎng)室。（2）監(jiān)控主機(jī)自動(dòng)完成水電站實(shí)時(shí)狀態(tài)的采集與處理、監(jiān)控、對(duì)被監(jiān)控對(duì)象運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)、報(bào)警及事故記錄、順序事件記錄、遙控記錄、電站歷史數(shù)據(jù)狀態(tài)的查詢、報(bào)表處理與打印、事故追憶、計(jì)算統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)顯示電站運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)等。（3）微機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)采用一機(jī)一屏，一次設(shè)備和二次設(shè)備組合成一塊屏。屏內(nèi)一次設(shè)備包括：隔離刀開(kāi)關(guān)、自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)、電流互感器、電壓互感器、熔斷器等；二次設(shè)備除微機(jī)測(cè)量、保護(hù)、控制裝置外，還裝設(shè)一機(jī)一臺(tái)同期表。
四、總結(jié)
小型水電站電氣主接線的確定應(yīng)綜合考慮水文氣象、動(dòng)能特性、系統(tǒng)狀況、建設(shè)規(guī)模、接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)、樞紐總體布置、地形和運(yùn)輸條件、環(huán)境保護(hù)、設(shè)備特點(diǎn)等因素；電氣主接線應(yīng)滿足電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠性的要求以及電力系統(tǒng)對(duì)電站機(jī)組運(yùn)行方式的要求，同時(shí)應(yīng)滿足供電可靠、運(yùn)行靈活、檢修方便、接線簡(jiǎn)單、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和分期過(guò)渡、經(jīng)濟(jì)合理等要求。除此之外，電氣主接線設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮在非常情況下、不致造成水庫(kù)大量棄水、嚴(yán)重影響電站效益和安全運(yùn)行。
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