中小型水電站電氣設計的探討

□張羽進（思南縣水務局）

水電站是一個將流動的水能轉(zhuǎn)化成電能的大型工程。水庫具有擋水、泄水的功能，水庫會將泄水引入到水電站引水系統(tǒng)中，經(jīng)過機組的工作，將水能轉(zhuǎn)化為電能，將電能導入電網(wǎng)帶動發(fā)電廠為工業(yè)和民用供電。

1.水電站的種類

在水電站的電氣設備中一般分為電氣一次設備與電氣二次設備兩部分,還可將一次電氣設備劃分為發(fā)電電氣設備和升壓變電電氣設備。常見的一次電氣設備主要包括發(fā)電機和變壓器,而二次電氣是由電站計算機的監(jiān)控系統(tǒng)設備、機組保護及輔機控制設備、機組勵磁系統(tǒng)、機組狀態(tài)檢測系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)保護及自動裝置所組成的設備。而公共的系統(tǒng)設備就是水電站使用的交直流控制電源系統(tǒng)。

2.水電站電氣一次的設計

2.1 電氣主接線

水電站電氣一次的設計原則是取決于水電站電氣系統(tǒng)所起到的作用來設計的。要把水文氣象，構建的規(guī)模，動能的特性，接入系統(tǒng)的設計與布線及地質(zhì)地形的運輸條件等相關因素進行綜合性的考慮。水電站電氣一次設計中的電氣主連接線的設計要從能夠滿足客戶和能夠保證質(zhì)量且安全提供供電的方向上進行設計。在保證先進技術與合理經(jīng)濟的前提下，在設計中保證在連接線路上使用不同的顏色，線路上線與線之間保有距離，不可纏繞在一起，否則會引起電流間的干擾，影響電流的穩(wěn)定性，對發(fā)電機造成傷害，維護起來難度較大。要避免連接線對任何設備在檢查時所造成的影響。

2.2 發(fā)電機和主變壓器

發(fā)電機與主變壓器的連接采用單一變組單元連接線連接比較合理。水電站電氣一次設備上的發(fā)電機都可安裝斷路器，保證發(fā)電機連接線出口的安全。發(fā)電機在接地時要使用變壓器接地，這樣做能夠保證發(fā)電機不會被較強電壓燒壞，發(fā)電機與變壓器不可直接相連，要通過離相封閉母線連接。

2.3 快速落門控制回路

如今的中小型水電站為了機組的安全，在機組的過速接點與手動閘門的接點上設計了進水口快速落門控制回路。一種是二次電纜通道，另一種是監(jiān)控系統(tǒng)與大壩間的光纖;在二次電纜通道的監(jiān)控下，彌補了進水口快速落門時的事情發(fā)生。在選取監(jiān)控系統(tǒng)與大壩間的光纖中不能使用線圈內(nèi)阻過高的電磁閥，如果內(nèi)阻過高的話，系統(tǒng)在運行過程中容易霉斷。對于機組到進水口的電纜長度一般要在1000m 以上，水電站進水口快速門作為機組過速保護的最后一道防線，動作的正確與否，特別是如何防止其拒動，是水電站技術管理的一個重點。

2.4 500kV 的側(cè)接線

500 kV 側(cè)接線共有9 個回進出線，其中5 個為主變回進出線，1 個200～500kV 的聯(lián)絡回進出線，3 個接入為500kV 電壓電網(wǎng)的回進出線。在回進出線中500kV 的二回進出線應全部接入到變電站，回進出線的線路總長度約為196km。500kV 的配電裝置均采用SF6 全封閉式組合電器，接線采用1 倍半接線，共4串，共12 個斷路器。

2.5 220kV 的側(cè)接線

水電站的500kV 和220kV 的側(cè)接線之間采用的是自耦式聯(lián)絡變接。220kV 的側(cè)連接總共有3 個回進出線,其中1 個回進出線用于聯(lián)絡變進線上。其余兩個直接作為220kV 的側(cè)接線，水電站220kV 側(cè)接線均使用單母線連接，并采用全封閉式電氣組合。鑒于水電站電氣一次的設計中220kV 的側(cè)接線只有一個回進出線，所以不需要安裝斷路器。

3.水電站電氣二次的設計

3.1 直流電源的應用

水電站的電氣設備可安裝直流電源，用于電氣設備的機組檢測、控制、維護和備用電源，電阻應為104Ω，容量為200Hz。將單母線作為直流的母線，單組蓄電池與單組充電電池都應裝配在直流母線上，并設置微機檢測監(jiān)控點位和直流電源監(jiān)控裝置。維護備用電池應安裝微機操控開關，以便于機組維修的方便。

3.2 交流電源的應用

水電站的電氣設備在安裝直流電源時也要安裝交流電源，在交流電源中不用安裝維護備用電池。在正常的工作中，由交流電壓220V 用于設備供電，在交流電源與機組之間要安裝無觸點開關，一旦機組內(nèi)部的交流電壓發(fā)生異常時可以第一時間將電源切除，或更換使用其他的備用電源。一般無觸點開關的切換時間不會超過5s。備用電源使用的是直流電，當交流電壓發(fā)生異常或其他原因時，無觸點開關會切斷交流電，并更換上備用電源。雖然備用電源是直流電，方向是不可逆的，但可以保證在維修過程中機組的正常運行。

3.3 計算機上的監(jiān)控系統(tǒng)

為了加強水電站電氣二次設計中計算機設備的自動化監(jiān)控與調(diào)節(jié)，應準確的掌握水電站電氣設備中機組的詳細資料，對機組運行情況做到詳細了解，隨時隨地進行監(jiān)控，以確保水電站能夠?qū)崿F(xiàn)電氣設備運行和管理的自動化以及設備運行的安全性。要想保證水電站供應電能的質(zhì)量，應該在水電站電氣系統(tǒng)安全化運營上下功夫。完善水電站工作人員的工作條件，減少倒班的發(fā)生，也就是完善水電站在運營上的管理，管理的好與壞直接影響著電氣系統(tǒng)的運營。

計算機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構采用的是國際規(guī)定的電氣系統(tǒng)標準,計算機監(jiān)控系統(tǒng)的存在要能夠?qū)崿F(xiàn)與調(diào)度水情測報和泄洪閘門控制等系統(tǒng)的通訊，能夠?qū)崿F(xiàn)無人監(jiān)控，完全式的自動化一直是水電站電氣系統(tǒng)運行的終極目標與管理模式。計算機監(jiān)控系統(tǒng)是由電站控制級與限制控制單元級組成的；電站控制級主要是對水電站全站電氣系統(tǒng)設備的多時段監(jiān)控和運行狀態(tài)監(jiān)控負責。如今限制監(jiān)控單元級主要對電氣設備中發(fā)電機組的安全、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)等進行監(jiān)控和反饋。這兩個單元配合起來的優(yōu)點就是如果水電站的控制級因某種故障而終止運行時，限制控制級能夠正常的運行而不受電站控制級的任何影響。

電站電氣二次設計中的計算機監(jiān)控系統(tǒng)是由電站控制級與限制控制單元級兩部分組成。電站電氣二次設計中的計算機監(jiān)控系統(tǒng)控制級包含一臺遠程通信工作站，兩臺主機兼操作員工作站用于熱備用，一臺復制打印服務機，一套衛(wèi)星定位監(jiān)測儀和一套連線式UPS 等。限制控制單元級主要用于控制編程方面，水電站的電氣設備體積龐大，需要的程序也很復雜，限制控制級很好的解決了編程方面的弊端。

計算機控制監(jiān)測系統(tǒng)主要用于對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行分類處理，記錄設備事故、更新、維護等各項數(shù)據(jù)，執(zhí)導設備事故的處理，打印記錄，安全運行監(jiān)視，系統(tǒng)通信，電站運行維護管理，系統(tǒng)自診斷與自恢復，系統(tǒng)授權等。

4.總結(jié)

水電站是一個將流動的水能轉(zhuǎn)化成電能的大型工程。在水電站電氣設備的實際工作中，可能涉及到很多問題，這些或多或少的與電氣設計有所關聯(lián)，能夠讓電氣設備更好的工作是設計者必須完成的工作。

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