摘要：水電站電氣設(shè)計(jì)直接影響水電站運(yùn)行的可靠性，本文針對(duì)水電站電氣設(shè)計(jì)的高壓限流熔斷器組合保護(hù)裝置、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式、水車保護(hù)等問題進(jìn)行了探討，對(duì)提高水電站運(yùn)行的可靠性將會(huì)有積極的作用。
關(guān)鍵詞：高壓熔斷器;中性點(diǎn)接地;水車保護(hù);電氣設(shè)計(jì);水電站
中圖分類號(hào)：TV73文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104（2012）
1 高壓限流熔斷器組合保護(hù)裝置
高壓限流熔斷器組合保護(hù)裝置由限流熔斷器FU和高能氧化鋅電阻FR組成，用來防止短路電流對(duì)電器設(shè)備的破壞，簡(jiǎn)稱為FUR。在廠變高壓側(cè)發(fā)生的相間短路的短路電流是全廠發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)的短路電流之和，此處如選擇斷路器，由于短路開斷電流非常大，選擇大開斷電流的斷路器價(jià)格太貴，所以大機(jī)組此處一般不選擇。在一些電站的設(shè)計(jì)和改造中，在廠變高壓側(cè)加有高壓限流熔斷器組合保護(hù)裝置。在2.5 ms以內(nèi)，高壓熔斷器可以很快將短路電流限制住，截?cái)嚯娏骺刂圃陬A(yù)期短路電流的15％左右，防止由于變壓器高壓側(cè)相間短路而發(fā)生的高廠變爆炸事故和對(duì)發(fā)電機(jī)、主變壓器、母線等設(shè)備的沖擊損傷。
在選擇限流熔斷器FU時(shí)應(yīng)考慮與廠變低壓側(cè)的配合問題，廠變低壓側(cè)最大短路電流折算到高壓側(cè)的值對(duì)應(yīng)的FU的熔斷時(shí)間，應(yīng)大于低壓側(cè)10 kV及各分支負(fù)荷的過流保護(hù)動(dòng)作整定時(shí)間與其開關(guān)動(dòng)作時(shí)間之和。以避免低壓側(cè)故障使FU熔斷而產(chǎn)生越級(jí)跳閘、擴(kuò)大事故范圍。低壓側(cè)最大短路電流折算到高壓側(cè)的值對(duì)應(yīng)的FU的熔斷時(shí)間一般取1 s。
2 中性點(diǎn)接地方式
發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的接地方式過去一直采用消弧線圈接地，由于經(jīng)消弧線圈接地電流很小，可滿足國標(biāo)要求，故在發(fā)電機(jī)發(fā)生單相接地故障時(shí)，可以暫不跳發(fā)電機(jī)開關(guān)，只發(fā)信號(hào)，由運(yùn)行人員處理。近些年國內(nèi)新建設(shè)的水電站發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的接地方式大部分采用接地變壓器接地（經(jīng)高阻接地），在發(fā)電機(jī)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地電容性電流未經(jīng)消弧線圈綜合，接地電流大于附表中的允許值，故必須作用于跳發(fā)電機(jī)開關(guān)。
2.1單相接地故障產(chǎn)生的過電壓
發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的接地采用接地變壓器接地（經(jīng)高阻接地），其設(shè)計(jì)思想是為了防止間歇性單相接地故障時(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)過電壓破壞發(fā)電機(jī)絕緣，單相接地故障轉(zhuǎn)化為匝間故障或相間故障，避免對(duì)發(fā)電機(jī)造成更大的損失。
2.2發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地
國內(nèi)外研究資料表明，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的發(fā)電機(jī)單相接地暫態(tài)過電壓和發(fā)電機(jī)運(yùn)行頻率有直接關(guān)系。在額定頻率50 Hz附近的發(fā)電機(jī)單相接地的暫態(tài)過電壓值都小于2.6 Ux，也就是說發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)運(yùn)行的過程中發(fā)生了單相接地故障，發(fā)電機(jī)單相接地的暫態(tài)過電壓值小于2.6 Ux，不會(huì)破壞發(fā)電機(jī)絕緣。同時(shí)由于經(jīng)消弧線圈綜合的接地電流很小，滿足國標(biāo)，故發(fā)電機(jī)可暫時(shí)不跳開關(guān)。運(yùn)行人員先匯報(bào)調(diào)度，并開啟備用機(jī)組轉(zhuǎn)移負(fù)荷，再將事故機(jī)組減負(fù)荷至零后斷開發(fā)電機(jī)開關(guān)并停機(jī)。
3 發(fā)電機(jī)組電氣保護(hù)設(shè)計(jì)
推薦的發(fā)電機(jī)保護(hù)配置方案如下：
1）完全縱差保護(hù)；2）不完全縱差保護(hù)；3）高靈敏零序電流型橫差保護(hù)；4）裂相橫差保護(hù)；5）低壓記憶過電流保護(hù)；6）失磁保護(hù)；7）失步保護(hù)；8）迭加交流電壓型定子一點(diǎn)接地保護(hù)；9）迭加方波電壓型轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)；10）過勵(lì)磁保護(hù)；11）過電壓保護(hù)；12）反時(shí)限負(fù)序過流保護(hù)；13）定子繞組過負(fù)荷保護(hù)；14）轉(zhuǎn)子表層負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)；15）發(fā)電機(jī)意外加電壓保護(hù)；16）軸電流保護(hù)；17）斷路器失靈保護(hù)；18）CT斷線保護(hù)；19）PT斷線保護(hù)；20）勵(lì)磁變差動(dòng)保護(hù)；21）勵(lì)磁變過流保護(hù)。下面重點(diǎn)闡述以下幾種發(fā)電機(jī)電氣保護(hù)措施設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
3.1定子一點(diǎn)接地保護(hù)設(shè)計(jì)
定子一點(diǎn)接地是發(fā)電機(jī)最常見的故障之一。現(xiàn)代的定子一點(diǎn)接地保護(hù)已經(jīng)不僅要求大型發(fā)電機(jī)具有100％的保護(hù)區(qū)，而且要求在定子繞組任一點(diǎn)發(fā)生接地故障時(shí)，保護(hù)裝置都具有較高的靈敏度。
3.2轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)
國內(nèi)目前采用的轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)類型有電橋式、迭加直流電壓式和迭加交流電壓式三種。為避免兩套保護(hù)相互干擾，推薦一套保護(hù)采用迭加方波電壓型轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)，另一套保護(hù)采用迭加直流電壓型轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)。
大型發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組及外部勵(lì)磁回路對(duì)地電容較大，因此轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)應(yīng)采取措施以避免或消除對(duì)地電容對(duì)保護(hù)產(chǎn)生的不利影響。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)應(yīng)延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)。
4 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與水車保護(hù)
在水電廠生產(chǎn)運(yùn)行過程中，如果發(fā)生事故，首要的任務(wù)是將機(jī)組安全的停下來，以防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在水電廠應(yīng)完成的功能有三個(gè)，即機(jī)組安全（水車保護(hù)）、監(jiān)控、順序控制，第一位應(yīng)該是保證機(jī)組的安全（水車保護(hù)），其次是監(jiān)控，再者是順序控制，故機(jī)組的安全（水車保護(hù)）是在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)考慮的問題。在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的水車保護(hù)功能，一般是通過邏輯判斷來實(shí)現(xiàn)保護(hù)出口的推力、上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)等瓦溫，壓油裝置的低油壓、低油位，電氣過速、機(jī)械過速的模擬量的跳閘停機(jī)越限值等；其他RTD、液位、流量等信號(hào)只報(bào)警。
《水力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定》中，水力機(jī)械保護(hù)（水車保護(hù)）一般由另設(shè)的專門功能裝置實(shí)現(xiàn)，監(jiān)控系統(tǒng)與之交換簡(jiǎn)單的信息，水力機(jī)械保護(hù)與繼電保護(hù)、勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速器應(yīng)等同對(duì)待。為了進(jìn)一步提高水車保護(hù)的可靠性并遵照水車保護(hù)應(yīng)獨(dú)立成系統(tǒng)的規(guī)定，我們將推力瓦溫、上導(dǎo)瓦溫、下導(dǎo)瓦溫、水導(dǎo)瓦溫、壓油裝置的低油壓、低油位、電氣過速、機(jī)械過速幾個(gè)有保護(hù)出口的重要量，通過常規(guī)硬接線獨(dú)立于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成單獨(dú)的水車保護(hù)屏，用開關(guān)量進(jìn)行邏輯判斷來實(shí)現(xiàn)水車保護(hù)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過模擬量進(jìn)行邏輯判斷實(shí)現(xiàn)水車保護(hù)，與通過開關(guān)員進(jìn)行邏輯判斷實(shí)現(xiàn)水車保護(hù)的常規(guī)系統(tǒng)起優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水車保護(hù)的冗余。
5 防雷接地設(shè)計(jì)
防雷措施按新增場(chǎng)地的防雷保護(hù)是否在原有防雷保護(hù)范圍內(nèi)來確定需不需要新增防雷措施；新增場(chǎng)地的主接地網(wǎng)需與原有變電站內(nèi)的主接地網(wǎng)兩點(diǎn)以上可靠連接，施工完畢后再實(shí)測(cè)接地電阻值，接地電阻值應(yīng)滿足設(shè)計(jì)計(jì)算要求，如果超出允許值，應(yīng)采取必要降阻措施；若是原有站址上的改建、擴(kuò)建工程，防雷部分在一期工程中一般情況下已經(jīng)實(shí)施，但還是需要校驗(yàn)是否滿足要求，不滿足時(shí)再新增防雷措施。
6 資料及會(huì)簽圖紙
專業(yè)間互提資料時(shí)，電氣一次提供給外專業(yè)的電氣主接線圖及電氣總平面布置圖必須是與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相吻合并結(jié)合本期工程更新后的圖。
若接線是一臺(tái)半斷路器接線時(shí)，主接線圖中要將本期改建、擴(kuò)建工程中需要完善串的全部電氣設(shè)備（特別是斷路器及電流互感器）的參數(shù)標(biāo)注在電氣主接線圖上，以便各個(gè)專業(yè)進(jìn)行核對(duì)會(huì)簽。會(huì)簽線路專業(yè)的圖紙時(shí)要注意其出線間隔的排列及出線相序與本專業(yè)是否是一致的。
設(shè)計(jì)時(shí)要預(yù)估施工中有可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，盡量降低并提出安全措施，在有可能造成停電的改建、擴(kuò)建工程中，要提出合理化的施工建議以減少停電損失。
7 結(jié)束語
在水電站電氣設(shè)計(jì)中，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式的選擇、限制廠變高壓側(cè)很大的短路、協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與水車保護(hù)等是必須注意的問題，文章針對(duì)這幾個(gè)問題進(jìn)行了詳細(xì)地探討和分析，對(duì)提高水電站運(yùn)行的可靠性將有積極作用。
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