水電站電氣設計問題的探討

鐘亞平

摘 要 水電站電氣設計方式對水電站運行的穩定性和可靠性有著直接的影響，而電氣設計在水電站中的應用可以分為如下幾個方面：利用高壓限流熔斷器的組合方式來對電氣進行保護、接地方式、二次斷線保護閉鎖以及進水口回路的控制上等。文章主要針對上述這些問題進行探討和淺析，綜合分析這些問題有助于提高水電站整體運行的效率，是利用技術優勢解決經濟效益問題的有利方式。

關鍵詞 水電站；電氣設計；熔斷器

中圖分類號：TV734 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0159-01

1 保護裝置

高壓限流熔斷器在長期的實際操作實驗中被認定為針對變壓器分支等短路容量大的部位最有效也是最快速的廠用變壓器，其主要原因在于它特有的性能，即較強的開斷能力、較小的截流值、較短的動作時間以及較好的速動性。此種高壓是在限流熔斷器中設置一個含有氧化鋅的電阻，從而達到對電氣設備在斷電流狀況下的保護。一般來說，大機組是不使用斷路器的，是由于此處的短路開斷電流非常的大，是全場發電容量和系統電流的總和，因此，此處由于電流的問題，造成出口斷路器在短路情況下的開斷電流較小，而不可使用斷路器。在水電站電氣設計實際應用中，高壓熔斷器能夠快速控制短路電流，并且能夠迅速將短路電流控制在2.5 ms以內，而基于保護變壓器的高壓側，避免對發電機和主變壓器以及母線造成損傷，則將截斷電流的范圍控制在短路電流的15%以內。另外，為了避免低壓側故障從而使得限流熔斷器產生越級跳閘現象而擴大事故范圍，限流熔斷器應當挑選高廠變低壓側最大短路電流在高壓側中的對應值的熔斷器熔斷時間大于在低壓側中10 kV左右，并使得各分支的負荷量大于電流承受量的總和，充分考慮它們的配合問題。

2 中性點接地方式

中性點接地方式中最常用的一種就是接地變壓器接地的方式，這種方式也是目前眾多水電站所普遍采用的一種接地方式。此種方式的優點在于，發電機的接地故障為單向時，接地電容性電流就會大于允許值，所以必須對跳發電機開關進行相應的處理。在以往的實際操作中，一般是采取消弧線圈接地方式進行，這種方式接地的電流較小，在發電機發生單相接地的故障時，就可以免去跳發電機開關的步驟，只要通過信號發送即可，再由相關電氣設備運行維護人員進行操作。

在關系密切的發電機電壓中，中性點接地電壓的單相接電壓和發電機運行頻率這兩個重要因素相互作用，在并網發電的臨時故障處理中充當重要角色，使得綜合接地電流有效減小，從而使得發電機在這種狀態下就不用跳開關。在接收到信號后，相關操作員在向調度匯報的同時開啟發電機的備用機組來轉移負荷，當事故發電機的負荷減小到零的時候，立即將發電機的開關斷開，并進行停機處理。若單相接地模式下發電機發生故障，并處于額定負荷下時，對跳開關直接進行關閉，則會對發電機以及其機組中的軸系設備都會造成一定程度的損壞。另外，對于我國現有的備用電容量較小的情況來說，在發電機的接地出現故障時這種直接的處理方式也不利于整個系統的維護。

3 二次斷線保護閉鎖

二次斷線保護閉鎖即微型機縱差保護TA二次斷線保護閉鎖，在大型發電機以及主變壓器中這種保護設置的設計至少要在兩套以上。一般來說，這種保護設計有七種，即：發電機完全差動、發電機不完全差動、發電機不完全大差動、主變差動、主變大差動、發電機高靈敏單元件橫差以及主變瓦斯。發電機以及發電機的母線和出口開關，甚至包括主變壓器都能夠在這種保護措施下進行安全運行。要進行保護裝置的設計就要取不同的TA，這就可以對縱差保護TA二次斷線保護閉鎖進行完美的實現。若要做好一整套完整的保護系統，則在此閉鎖保護系統后至少再設計添加一套保護程序，保證發電機及其主變壓器的安全運行。另外，縱差保護TA二次斷線閉鎖程序應當設置信號發射裝置以確保設備的安全，相關設備檢修和操作程序員應當定時對發電機進行停機檢修。

4 進水口回路控制

基于安全因素的考慮，水電站中一般會對機組的機械過速點和機械的手動落門接點進行單獨的設計：一是常規狀況下的二次電纜通道；二是大壩到水電站監控系統之間的光纖。有些水電站廠房離進水口距離較遠，使得進水口到機組的電纜長度長達兩千米，若采用常規二次電纜控制落快速門電磁閥，就很有可能造成次電磁閥故障，產生電磁閥動作故障。例如，用橫截面積為2.5毫米的二次電纜，又采用內阻為五十Q的線圈落快速門電磁閥，此時電纜已經分壓約1/4，但一般來說，電磁閥的工作電壓必須在1/5的范圍內波動，此時落快速門電磁閥動作顯然是不可靠的。在選用電磁閥線圈內阻的時候需要考慮分壓問題，一般采用20到4000歐姆的內阻。由于高內阻的電磁閥的線徑太細，容易經常出現霉斷的現象，因此不能選用線圈內阻過高的電磁閥。進水口到機組距離達到一千米以上的，應當按照5%的比例考慮電纜電阻的分壓問題較為合理。水電站進水口快速門是機組過速保護的最后一道屏障，在防止其拒動上的設置是水電站電氣設計的關鍵。

5 計算機監控系統與水車保護

計算機監控系統是現代化水電廠必備的設備系統，其主要功能包括對水車的保護以及監控和順序的掌控，這些功能中最為重要的是水車保護功能，這一功能對機組的安全保護起到決定性作用，然后是監控操作保護，再然后則是順序的控制保護功能。在最重要的保護方式中，這一功能的實現一般是通過計算機的計算運行實現的，主要依靠監控系統的邏輯判斷以及推導能力。通過對上導、下導、水導等瓦溫等值的推導、出口的推理、和限定實現對超標信號的報警，以便在發生事故時，能夠在第一時間進行停機處理以保障機組的運行安全，防止對事故的進一步擴大。

6 結束語

有關水電站電氣設計的問題主要還是集中在對于機組的保護上，通過發電機接地方式的保護、高壓限流熔斷器組合保護、水車保護以及對回路控制的保護等措施，對機組在故障情況下的緊急停機處理起到了快速的信號傳達和保護作用。在對這些水電站保護措施的電氣設計上的設計要遵循一般的設計原理，并根據實際的操作問題在原則允許范圍內，提出相應的解決方案，使得水電站電氣設備能夠在安全的環境下運行。

參考文獻

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