【摘要】在水電站電氣設(shè)計中，發(fā)電機中性點接地方式的選擇、限制廠變高壓側(cè)很大的短路、協(xié)調(diào)計算機監(jiān)控系統(tǒng)與水車保護等是必須注意的問題，文章針對這幾個問題進行了詳細地探討和分析，對提高水電站運行的可靠性將有積極作用。
【關(guān)鍵詞】高壓熔斷器;中性點接地;水車保護;電氣設(shè)計;水電站
中圖分類號：S611文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：
水電站電氣設(shè)計直接影響水電站運行的可靠性，本文針對水電站電氣設(shè)計的高壓限流熔斷器組合保護裝置、發(fā)電機中性點接地方式、水車保護等問題進行了探討，對提高水電站運行的可靠性將會有積極的作用。
1高壓限流熔斷器組合保護裝置
高壓限流熔斷器組合保護裝置由限流熔斷器FU和高能氧化鋅電阻FR組成，用來防止短路電流對電器設(shè)備的破壞，簡稱為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格太貴，所以大機組此處一般不選擇。在一些電站的設(shè)計和改造中，在廠變高壓側(cè)加有高壓限流熔斷器組合保護裝置。在2.5 ms以內(nèi)，高壓熔斷器可以很快將短路電流限制住，截斷電流控制在預(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發(fā)電機、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)的值對應(yīng)的FU的熔斷時間，應(yīng)大于低壓側(cè)10 kV及各分支負(fù)荷的過流保護動作整定時間與其開關(guān)動作時間之和。以避免低壓側(cè)故障使FU熔斷而產(chǎn)生越級跳閘、擴大事故范圍。低壓側(cè)最大短路電流折算到高壓側(cè)的值對應(yīng)的FU的熔斷時間一般取1 s。
2中性點接地方式
發(fā)電機中性點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)電機發(fā)生單相接地故障時，可以暫不跳發(fā)電機開關(guān)，只發(fā)信號，由運行人員處理。近些年國內(nèi)新建設(shè)的水電站發(fā)電機中性點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)電機發(fā)生單相接地故障時，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)電機開關(guān)。
2.1單相接地故障產(chǎn)生的過電壓
發(fā)電機中性點的接地采用接地變壓器接地（經(jīng)高阻接地），其設(shè)計思想是為了防止間歇性單相接地故障時產(chǎn)生的暫態(tài)過電壓破壞發(fā)電機絕緣，單相接地故障轉(zhuǎn)化為匝間故障或相間故障，避免對發(fā)電機造成更大的損失。
2.2發(fā)電機中性點經(jīng)消弧線圈接地
國內(nèi)外研究資料表明，發(fā)電機中性點經(jīng)消弧線圈接地的發(fā)電機單相接地暫態(tài)過電壓和發(fā)電機運行頻率有直接關(guān)系。在額定頻率50 Hz附近的發(fā)電機單相接地的暫態(tài)過電壓值都小于2.6 Ux，也就是說發(fā)電機在并網(wǎng)運行的過程中發(fā)生了單相接地故障，發(fā)電機單相接地的暫態(tài)過電壓值小于2.6 Ux，不會破壞發(fā)電機絕緣。同時由于經(jīng)消弧線圈綜合的接地電流很小，滿足國標(biāo)，故發(fā)電機可暫時不跳開關(guān)。運行人員先匯報調(diào)度，并開啟備用機組轉(zhuǎn)移負(fù)荷，再將事故機組減負(fù)荷至零后斷開發(fā)電機開關(guān)并停機。
3發(fā)電機組電氣保護設(shè)計
推薦的發(fā)電機保護配置方案如下：
1）完全縱差保護；2）不完全縱差保護；3）高靈敏零序電流型橫差保護；4）裂相橫差保護；5）低壓記憶過電流保護；6）失磁保護；7）失步保護；8）迭加交流電壓型定子一點接地保護；9）迭加方波電壓型轉(zhuǎn)子一點接地保護；10）過勵磁保護；11）過電壓保護；12）反時限負(fù)序過流保護；13）定子繞組過負(fù)荷保護；14）轉(zhuǎn)子表層負(fù)序過負(fù)荷保護；15）發(fā)電機意外加電壓保護；16）軸電流保護；17）斷路器失靈保護；18）CT斷線保護；19）PT斷線保護；20）勵磁變差動保護；21）勵磁變過流保護。下面重點闡述以下幾種發(fā)電機電氣保護措施設(shè)計要點。
3.1定子一點接地保護設(shè)計
定子一點接地是發(fā)電機最常見的故障之一�，F(xiàn)代的定子一點接地保護已經(jīng)不僅要求大型發(fā)電機具有100％的保護區(qū)，而且要求在定子繞組任一點發(fā)生接地故障時，保護裝置都具有較高的靈敏度。
3.2轉(zhuǎn)子一點接地保護
國內(nèi)目前采用的轉(zhuǎn)子一點接地保護類型有電橋式、迭加直流電壓式和迭加交流電壓式三種。為避免兩套保護相互干擾，推薦一套保護采用迭加方波電壓型轉(zhuǎn)子一點接地保護，另一套保護采用迭加直流電壓型轉(zhuǎn)子一點接地保護。
大型發(fā)電機的勵磁繞組及外部勵磁回路對地電容較大，因此轉(zhuǎn)子一點接地保護應(yīng)采取措施以避免或消除對地電容對保護產(chǎn)生的不利影響。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，轉(zhuǎn)子一點接地保護應(yīng)延時動作于信號。
4計算機監(jiān)控系統(tǒng)與水車保護
在水電廠生產(chǎn)運行過程中，如果發(fā)生事故，首要的任務(wù)是將機組安全的停下來，以防止事故的進一步擴大。計算機監(jiān)控系統(tǒng)在水電廠應(yīng)完成的功能有三個，即機組安全（水車保護）、監(jiān)控、順序控制，第一位應(yīng)該是保證機組的安全（水車保護），其次是監(jiān)控，再者是順序控制，故機組的安全（水車保護）是在計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)重點考慮的問題。在計算機監(jiān)控系統(tǒng)中的水車保護功能，一般是通過邏輯判斷來實現(xiàn)保護出口的推力、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、機械過速的模擬量的跳閘停機越限值等；其他RTD、液位、流量等信號只報警。
《水力發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定》中，水力機械保護（水車保護）一般由另設(shè)的專門功能裝置實現(xiàn)，監(jiān)控系統(tǒng)與之交換簡單的信息，水力機械保護與繼電保護、勵磁系統(tǒng)、調(diào)速器應(yīng)等同對待。為了進一步提高水車保護的可靠性并遵照水車保護應(yīng)獨立成系統(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、機械過速幾個有保護出口的重要量，通過常規(guī)硬接線獨立于計算機監(jiān)控系統(tǒng)組成單獨的水車保護屏，用開關(guān)量進行邏輯判斷來實現(xiàn)水車保護。計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過模擬量進行邏輯判斷實現(xiàn)水車保護，與通過開關(guān)員進行邏輯判斷實現(xiàn)水車保護的常規(guī)系統(tǒng)起優(yōu)勢互補，從而實現(xiàn)對水車保護的冗余。
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