試論水電站運行中電氣接線中常見問題及對策

徐 輝 王 鋼

（1.浙江省江山市峽口水庫管理局峽口電站，浙江 衢州 324116；2.浙江省江山市峽口水庫管理局白坑電站，浙江 衢州 324115）

1 概述

小水電站經過多年的發展，供電方式和運行模式都在不斷地變化。但水電站的接線方式還沒變，還是采用傳統的接線方式，發電機側中性點接地系統的供電達到400/230V是這種接線方式的特點。此接線方式還有重要的優點:電網停電時，可以對附近的區域負荷自發自供，可以為全站提供正常的照明電。原理:電網出現故障而停電時，自動關閉機組，轉成空載但不滅磁，保護動作跳閘。好處:內部過電對較低壓網絡的影響較小，較安全可靠，保護簡單，在單相接地故障出現時動作跳閘。同時，這種接線方式也有自身的不足，下面對這種方式的缺點以及改進措施進行全面分析。

2 主接線電氣設計

2.1 設計原則

水電站的主接線電氣設計要同時考慮很多因素，如:電站的地形、運輸條件、電站樞紐的總體布置、水電站規模、水文氣象等。電力系統對電站的要求是穩定性，必須做到經濟合理、技術先進、節約成本、接線方式簡單清晰、后期維護方便、操作靈活和供電的安全可靠。

2.2 比較發電機電壓側接線方案

方案一，采用單母線隔離開關的接線方式。在正常運行的過程中母開關始終處于分段狀態。1臺SF10-31500/110/10.5kV雙卷變壓器與1G發電機接于I段母線，正常運行時形成單元的運行方式，1臺SF10-63000/110/10.5 kV雙卷變壓器與2G，3G發電機接于II段母線，正常運行時形成擴大單元的運行方式。發電機電壓母線I，II段分別與兩臺廠用變壓器相連接，相互間形成備用。

方案二，1臺SF10-31500/110/10.5 kV雙卷變壓器和1G發電機相連接形成單元接線;1臺SF10-63000/110/10.5kV雙卷變壓器和2G，3G發電機相連接形成擴大單元接線;發電機電壓母線I，II段分別連接兩臺長用變壓器，相互之間形成暗備用。生活區、船閘和壩頂等用電和外接設備的電源與10.5kV母線III段連接。這兩套組合的保護裝置任何時候只能使一套運行。

2.3 兩方案的經濟比較

方案一，該方案的優點是發電機電壓側設備少、布置方便、后期維護簡單方便、接線簡單。和方案二相比，方案一需要的高壓設備相對較少，變壓器臺數也較少，這樣開關站的占地面積就會縮小許多，開關站的開挖量減少了很多，節約了設備的投資和土建的支出。但是，方案一也有一些缺點，比如運行的靈活性較低，可靠性也較低。因為與發電機電壓母線I，II段相連并起輔助作用的設備過多，當這些設備發生故障時，與該段母線相連的發電機就會停止運行，最終的結構就是無法向外輸送電能。另外，由一臺變壓器連接兩臺機組，發生故障時會產生較大范圍的影響。在后期的維護中，對機組進行檢修時或有故障出現時，兩臺機組及要同時斷電，這樣會對電能造成嚴重的損失。

方案二，該方案的優點是運行過程中靈活性更高，可靠性也更高。方案一所采用的保護裝置是由正空負荷開關和高壓限流熔斷器組成的，這樣對生活區和船閘的變壓器及外接的備用電源的過載、短路和斷相有很好的保護作用。在運行中如果其中一個變壓器出現故障，熔斷器會切斷短路電流，相比于斷流器動作時間更短，更加安全可靠，機構相對簡單，不會有拒合與拒分的情況。因此，由于輔助設備發生故障而導致的電能無法輸送的情況大大減少了，從而保證發電機運行時的安全和可靠。而它的缺點就是投入會比較大。

第二方案比第一方案具有更高的靠性，且第二方案在運行時更加的靈活。它以真空負荷開關及高壓限流熔斷器為保護裝置，這樣可以在很大程度上保證生活區的電壓器、船閘變壓器和外接備用電源的斷相、過載、短路等情況的發生。如果其中的一個輔助電壓器發生了短路情況，這時熔斷器會自動快速地切斷短路電流，這樣就可以在很大程度上增強電氣的安全性和可靠性，而且使用第二方案的操作也相對比那個簡單。這樣就在很大成度上將少了由于輔助設備發生故障而導致發電無法輸送的情況，從而大大提高了發電機運行的安全可靠性。但是其花費相對較大。

2.4 方案推薦

從上面的分析我們能夠看出，第二方案的可靠性和安全性相對第一方案都比較高，其故障發生的概率相對較低，同時降低了因事故發生而引起的經濟損失。因此，我們可以看出選擇第二方案是最為科學及合理的。從經濟層面來講，第二方案可以減小各種變壓器的故障發生概率，雜檢修時也比較方便。所以，我們從諸多方面考慮，第二方案是最容易被采用的。

3 關于水電站主線電氣設計問題的分析

3.1 高壓限流熔斷器

高能氧化鋅電阻和限流熔斷器共同形成一種高壓限流熔斷器保護組合。在全廠全部的系統和發電機總的短路電流和廠變高壓側所產生的電流相同，如果在此處使用斷路器，則必須使用大開電流的短路器，其需要的費用非常大，所以一般不會使用大機組，所以選用RUR熔斷器來設計和改造電站。它可以快速地限制短路電流，避免廠變爆炸事故的發生。同時可以保證母線、主變壓器以及發電機不受到短路電流的影響。

3.2 中性點接地方式

在以前都是采用消弧線圈接地的接地方式作為發電機的中性點，這一方式滿足了國家的相關標準。它在工作時都是以人工的方式來完成。在目前，我國多數發電機中性點都采用接地變壓器進行接地處理，這一改變使得接地的電容性電流不經過消弧線圈綜合，所以在發生發電機的單機接地事故時，接地的電流機會遠遠超過國家的標準值，因此這個時候就要需要作用與跳發電開關。在設計時要充分考慮到如何避免單相接地故障轉化為相間故障或匝問故障，以最大限度地減少損失。根據這一設計思路，我們主要以單相接地故障產生的過電壓，以中性點的接地變壓器接地的方式進行。

3.3 關于接地系統以及過電壓保護的分析

在屋頂設立避雷裝置，然后使用接地扁鋼和地網連接，能夠非常有效的保護電站因為直雷擊而帶來的巨大危害，從而在很大程度上提高了變電站的安全性。雷擊時會產生一定的電波，這些電波可以沿著110千伏的線路進行破壞，所以在110千伏線路上設置避雷裝置時要將保護器放置在低壓電柜內，從而起到保護作用。

結語

在對電氣主線進行接入時要考慮各種可能發生的狀況，還必須考慮電站的運輸條件及其所處的地勢、電站的規模、設施的特征特性以及相關的環保工作等條件。電力系統要求電站具有穩定性，必須做到經濟合理、節約投資、接線設計簡單清晰、檢修維護方便、運行操作靈活、供電安全可靠方便。

[1]周晨光.電力系統變電運行潛在問題及防范對策[J].中小企業管理與科技(下旬刊），2011（6）.

[2]代俊.論變電運行中存在問題的解決方法[J].中國新技術新產品，2010（8）.