歐陽帆

摘 要：隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，能源瓶頸問題已經(jīng)成為當(dāng)前制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問題。水力發(fā)電因具有環(huán)保、一次能源低廉、循環(huán)再利用、綜合效益高等突出優(yōu)點而得到了國家政策的大力扶持。水電站電氣一次設(shè)計是水電站設(shè)計的重要組成部分，本文主要是從小型水電站的發(fā)展?fàn)顩r及特點出發(fā)，對水電站的400V電氣主接線、電氣設(shè)備選型布置及廠用電接線等重點問題，作了較詳細(xì)的闡述，并提出了解決方案，結(jié)果表明該研究能使水電站的運行更加安全和可靠。

關(guān)鍵詞：小型水電站；電氣一次設(shè)計；電氣主接線；廠用電接線

1. 前言

近年來，小型水電站得到了空前發(fā)展。單機500kW以下、出口電壓為400V的小型水電站有著廣闊的發(fā)展前景，也是私人資本介入的重點。小型水電站與單機1000kW以上，出口電壓為6.3kV的小型水電站相比，它在調(diào)速、勵磁、機組保護(hù)以及水機自動化等方面都大為簡化，在電氣一次設(shè)計中，如何節(jié)省投資和滿足電站安全高效的運行，成為設(shè)計中需要重點解決的問題。

2. 水電站概況

小型水電站一般都位于邊遠(yuǎn)山區(qū)，近區(qū)負(fù)荷很小，主運行方式通常采用就近升壓并入10kV當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)運行，由于發(fā)電機的出口電壓為400V，發(fā)電機發(fā)電時便可直接供J一區(qū)負(fù)荷。調(diào)速器一般不具有自動調(diào)頻的功能，主接線通常采用發(fā)電機組主變擴(kuò)大單兀接線。

3. 電氣主接線設(shè)計

小型水電站的電氣主接線應(yīng)滿足如下條件：(1)在機組故障檢修、水電站枯水或者低負(fù)荷時，每臺發(fā)電機都有停機的可能，因此要求發(fā)電機之間直接或間接的實現(xiàn)并列，以便相互備用，也就是為電網(wǎng)提供必要的可靠的電源。(2)負(fù)載線路必須保持連續(xù)供電，不能任意的切斷或失去電源，要求每一條負(fù)載線路都能從任意一臺發(fā)電機獲得電源，并能夠在電源之間進(jìn)行合理的負(fù)荷分配。由此可見，如果有同級電壓的若干電源進(jìn)線和若干負(fù)荷出線，只要將各進(jìn)出線并接，便能夠基本實現(xiàn)發(fā)電機之間并列和負(fù)載連續(xù)供電的要求。（3）并列在一起的各主要電力元件如發(fā)電機、變壓器以及線路等在正常運行時任一元件的投入或者切出都不宜干擾和影響其余部分的正常工作。但當(dāng)某元件發(fā)生故障時，只需切除發(fā)生故障的回路，這樣不會使停電事故擴(kuò)大而破壞其余部分的正常工作，因此在各主要電力元件回路中安裝一種能夠投切負(fù)荷電流以及短路電流的多功能開關(guān)電器，也就是斷路器。(4)斷路器承擔(dān)著電路中投切負(fù)荷電流以及短路電流的繁重任務(wù)，因此需要較頻繁的檢修和維護(hù)，并且各主要電力元件有時也要檢修和測試，這些被檢修部分一般脫離電源，并與電源側(cè)保持足夠、明顯可見的間隙，因此在斷路器或主要電力元件的電源側(cè)安裝可提供此種檢修間隙的隔離開關(guān)。（5）發(fā)電機中性點接地變壓器也是電氣主接線設(shè)計的一部分，它不但可以對因接地電弧所引起的過電壓值進(jìn)行有效的限制，還可以對發(fā)電機單向接地發(fā)生故障時的電流進(jìn)行限制，從而防止發(fā)電機因發(fā)生故障而被燒壞，同時也可以避免出現(xiàn)諧振過電壓現(xiàn)象。由一個主要電力元件及其斷路器和隔離開關(guān)等組成的電路是構(gòu)成電氣主接線的最小接線部分。接線單元按不同方式構(gòu)成的基本接線形式有單母線、雙母線、橋式接線、單元接線和環(huán)形接線等多種形式。水電站的容量越大，主接線形式越要滿足電力系統(tǒng)的需要。

3. 廠用電接線設(shè)計

如果廠用變壓器接在發(fā)電機電壓母線上，便要考慮當(dāng)母線發(fā)生故障時，能夠盡量保證大部分廠用機械能繼續(xù)工作。小型水電站的廠用變壓器選用10～110kv，一般僅一級電壓供電，它的容量較小而且不經(jīng)常切換，因此其高壓側(cè)通常采用熔斷器作為操作保護(hù)設(shè)備。一般情況下，廠用電母線需要分段，使廠用電負(fù)荷均勻分布在兩段母線上，每一分段母線上都要有獨立的工作電源(由發(fā)電機通過廠用變壓器引出)和備用電源，并裝設(shè)有備用電源自動投入裝置。單機容量在1000kW及以下的小型水電站，可只設(shè)一個廠用電源。廠用電接線中應(yīng)盡量使對負(fù)荷供電的線路最短以便節(jié)省電纜和導(dǎo)線，減小線路中的損耗和便于運行管理，若在負(fù)荷較集中處設(shè)置有分盤或配電箱，便將分散的負(fù)荷盡量接到就近的分盤或配電箱上。

4. 電氣一次設(shè)備選型和布置

機組控制保護(hù)屏、勵磁屏、主變控制保護(hù)屏、低壓屏等通常采用機旁現(xiàn)場布置。這樣可充分利用空間、節(jié)約廠房土建面積。主變采用室外落地布置，在進(jìn)行施工圖的詳細(xì)設(shè)計時可將高壓設(shè)備出線高程移動到和主變相同的高程，這樣可以在施工時節(jié)省一定的施工量，并可以加快施工進(jìn)度，高壓10kV設(shè)備少、體積小、安裝技術(shù)成熟、價格低廉，與室內(nèi)高壓柜布置相比，采用室外中式桿上布置既合理利用了室外山地，又大大節(jié)省了廠房土建費用和一次設(shè)備費用，這是一種比較理想的布置方式。當(dāng)然，如果水電站位置確實比較狹窄，也可以考慮室內(nèi)布置。

5. 互感器設(shè)置

為了滿足變電站保護(hù)和計量的需要，需要設(shè)置一組電流互感器，采用0．2／B雙次級。斷路器配套互感器由于容量小、精度低、穩(wěn)定性差，不宜與戶外斷路器合用，建議單獨設(shè)置。在斷路器并網(wǎng)側(cè)設(shè)置一組電壓互感器，主要滿足：

(1)變電站高壓側(cè)監(jiān)測和計量；

(2)變電站高壓側(cè)電壓和頻率保護(hù)；

(3)變電站保護(hù)、信號和斷路器的交流操作電源。

特小型水電站并網(wǎng)點一般會就近梯接于lOkV線路，因此電力部門計量點一般會選在電站與電網(wǎng)的產(chǎn)權(quán)分界處，由一組專門電壓電流組合式互感器來擔(dān)負(fù)計量工作。

6. 水機自動化和發(fā)電機保護(hù)

(1)水輪發(fā)電機組采用兩支點滾動軸承，與傳統(tǒng)三支點滑動軸承相比，這種支承型式由于取消了軸溫監(jiān)測、簡化了自動化回路、具有機組軸向尺寸緊湊、價格低廉、軸溫穩(wěn)定、壽命長、維護(hù)簡單等顯著優(yōu)點，因此近年來在小型機組中得到了廣泛的應(yīng)用。

(2)機組設(shè)過流、過壓、失壓保護(hù)。機組操作電源通常取自發(fā)電機出口，在機組內(nèi)部或母線處發(fā)生短路。發(fā)生故障時，因出口電壓很低，由失壓保護(hù)來確保低壓斷路器跳閘。

(3)根據(jù)小型水電站的特點，選用手、電兩用直接傳動型調(diào)速器，無中間放大環(huán)節(jié)，既節(jié)省了投資，又滿足了自動化要求。電動裝置的設(shè)置，使運行人員能夠集中控制機組開度，為樣便減輕了勞動強度。在機組和主變發(fā)生故障跳閘時，聯(lián)動關(guān)閉導(dǎo)葉，便可縮短機組停機時間、控制飛逸時間以及保證了機組運行在正常范圍內(nèi)，延長了機組壽命。

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