水電站電氣一次設計特點研究

董卓識 哈爾濱電機廠有限責任公司

水電站電氣工程設計包括電氣一次設計和二次設計，其中電氣一次設計中的接線和設備等方面的選擇都會直接影響到水電站的發電效率和發電模式，作為發供電的主要組成部分，作為發電系統中的主要承載力量，電氣一次設計關系到電氣系統的可靠性和安全性。

一、水電站基本情況

除了大型水電站需要特殊選址以外，一般中小型水電站都會選擇建設在比較偏遠的山區地帶，負荷比較小，所以會采用就近升壓的方式。而且由于電站發電機出口的電壓是400伏，所以近區的負荷可以由發電機直接供給。由于調速器不具備自動調頻的功能，因此主接線方式就變為兀接線方式。

二、電氣主接線設計

水電站電氣一次設計依據是由電氣系統主要所發揮的作用來決定的，要綜合考慮到天文氣象、動能特性、構建規模、布線設計、地形條件和運輸情況等等細節性的因素。在電氣一次設計中的電氣主連接線設計需要考慮到保質保量滿足客戶需求以及安全供電的基礎上進行設計，針對中小型發電站的主接線我們要求要滿足以下條件：一是在經濟運行許可的前提下應用先進技術，讓連接線路使用不同顏色，為避免電流干擾，線路上線彼此之間留有距離不纏繞，以保證電流穩定性。二是當機組出現故障維修或是低負荷運行狀態的時期，都很有可能要停機，為最大程度避免發電機停機的發生，我們要盡量選擇發電機直接或間接并列的使用方式，從而保證有可靠電源。對于并列在一起的元件如果能夠在正常的運行狀態下不受到干擾，一旦某一個元件出現故障，只需要簡單的切除故障點回路即可。三是發電機接地變壓器是電氣主接線設計的核心部分，一方面可以有效限制因接地電弧產生的過電壓值，另一方面有效避免發生諧振過點現象。

三、廠用電接線設計

一般發電機電壓母線和變壓器要連接的時候我們都要考慮當母線發生故障時能否保證大多數機組的正常運行和生產效率，一般中小型水電站都會采用10KW—110KW的變壓器，這種規格下的變壓器供電容量較小，也不需要頻繁切換，所以我們采用熔斷器作為高壓保護裝備。在使用的時候，廠用電母線分段處理將用電負荷均勻分布在兩端母線上，保證每段母線都有獨立工作的電源和備用電源，并且能保證出現事故后斷電能自動連接繼續運行。小型水電站的單機容量都比較小，一般只需要安裝一個廠用電源，考慮到經濟效益，在接線中應最大程度縮短負荷供電線路。但如果是在負荷集中的地方建議要設置配電箱，能將生產過程中產生的負荷接到配電箱上。

四、電氣一次設備選型

電氣一次設備作為水電站的主要組成部分，尤其在當前先進科學技術不斷發展的前提下，水電站包括運行、監管等都趨向了智能化操作，所以電氣一次設備在選用和設計上也最大程度地靠攏智能化系統。為了讓電氣一次設備實現全面智能化，就必須落實到各種組件和融合工作的智能化。所以我們一般定義下的智能組件就是由智能終端、合并單元和狀態監測三部分組成，它們三個實現了可靠性強、抗干擾能力強、使用壽命長和監測靈敏度高等優點。

智能終端：智能終端常常采用電纜或是光纜跟一次設備連接，這樣能有效接受來自斷路器、電壓傳感器等一次設備發出的位置狀態和信息。當一次設備發出故障信息后，智能終端能夠及時作出反應向電氣一次設備傳遞跳閘指令，以避免因為故障而對其他設備進一步的損害，同時再進一步對一次設備進行調整維修。這一套程序需要智能終端支持三相跳閘、指令連鎖、分項跳閘等GOOSE命令以及遙控分合命令，以達到對電氣一次設備的保護目的。

合并單元：合并集成電路芯片和各種互感器組成了合并單元，它所發揮的作用就是利用互感器來實時接收水電站整個電力系統的電流電壓瞬時值，通過分析和處理來保證所獲得的電流電壓值的有效性，再進一步轉送到測控裝置來監測和保護電力系統。此外合并單元還要保留足夠的數據輸出口，與其他智能組件建立通信通道，在必要的時候外接自動化裝置來進一步催化其他功能。

狀態監測：狀態監測裝置需要最基本的數據接收和發送功能，信息采集和處理功能以及控制發布指令的功能。它主要負責監測避雷器狀態、機構狀態和局部放電。在安裝時可以將狀態監測外置或內置在設備上。需要工作人員注意的是選擇傳感器時應該盡量選擇體積小、壽命長、靈敏度等都高于設備的傳感器。

五、結語

本文圍繞在保證水電站整體運行質量的情況下著重探討電氣一次設計的原則和特點，尤其在當前智能化技術引入的前提下，無論是設計方法、設備選型等方面都需要綜合考慮。合理清晰的電氣一次設計能有效節省運行成本，提高經濟效益，具有一定的應用價值和推廣價值。