新化縣車田江水庫管理處建軍一級電站電氣改造技術闡述

劉輝勇（新化縣車田江水庫管理處 婁底市 417600）

新化縣車田江水庫管理處建軍一級電站電氣改造技術闡述

劉輝勇
（新化縣車田江水庫管理處 婁底市 417600）

車田江水庫管理處建軍一級電站位于新化縣溫塘鎮，是一個農村小水電電站，目前正在進行電氣化改造。文章介紹了該電站的布局和電氣化改造的內容，探討直流電源供電的可靠性，能夠確保機組設備的安全運行。

電站 電氣化改造 電氣設備 自動化 技術

1 電站與電力系統的連接

電站位于新化縣溫塘鎮四維村油溪河畔，距縣城64 km，屬油溪河流域梯級開發第四級，電站設計水頭151 m，設計流量3.12 m3/s，原裝機2×1 600 kW，現根據增效擴容要求，改為裝機2×2 000 kW，多年平均發電量1 690.41萬kW·h，年平均利用小時4 226 h。

根據電站所處地理位置及裝機規模，其中建軍一級電站擔負水系的調峰作用，因建軍二、三級電站位于建軍一級電站下游2 km處，其可以利用建軍一級電站的尾水和油溪河的水發電，根據電站的地理結線，裝機和送電距離等特點，依據小水電并網的原則：“技術可靠、運行靈活、經濟節省”和地方電網發展規劃。通過12.88 km 35 kV線路在新化縣吉慶變電站并入地方電網。其中導線采用LGJ—120，具體接入系統詳見圖1。

2 電氣主接線

（1）電氣主接線。該電站地處偏僻山區，無近區負荷，站址處地形狹窄，電氣設備布置及進出線走廊都受到一定限制，故盡量簡化接線。其中建軍一級電站主變壓器采用二臺三相雙卷風冷變壓器，型號為S11-2500/38.5-6.3，為使主接線布置簡單和節約投資，35 kV和6 kV母線都采用單母線接線，另外由于輸電線路有的架設在高山之上，故在電站增設溶冰變1臺。電站電氣主接線圖都采用單母線接線方式，以便于分期建設和擴展。電氣主接線圖詳見圖1。

（2）配電方式。發電機出線后，經電纜進入發電機開關柜，由發電機開關柜關入6.3 kV母線，通過電纜進入戶外升壓站主變壓器，升壓后由穿套管引入主變壓35 kV開關柜，進入35 kV匯流母線，再經線路開關柜后，由穿套管引至35 kV戶外構架，送入電網和各用戶供電。

（3）廠用電。一級電站廠用電源系由兩臺分別聯于6 kV母線和35 kV母線上的兩臺廠用電變壓器來供給，兩臺廠用電變壓器互為備用，每臺廠用變均可帶全廠負荷。廠用低壓母線采用單母線斷路器分段的接線方式，采用三相五線制系統，中性點直接接電，廠用電是可靠的。

廠用電負荷較小，主要用電為調速器油泵，直流系統供電和排水泵，最大單機負荷10kW，總裝機為28kW。這些設備都是斷續運行，檢修負荷15kW。生活區負荷最大20kW。所以選變壓器容量為50kVA。

（4）近區供電。近區用電負荷主要是農村居民照明用電，電站附近無重要的、用電量多的用戶發展。為降低工程造價減少投資，一級電站不設近區供電系統。

圖2 等值網絡圖

3 主要電氣設備

根據技術先進，經濟合理，運行維護簡方便的原則進行電氣設備的選擇，設備選擇采用“自動化、智能化、無油化、少維護”的產品，主要電氣設備選擇均采用國產已定型設備。

（1）短路電流計算。為正確地選擇電器設備，設計配電裝置，整定繼電保護，并有限制短路電流措施，應進行短路電流計算。

為使計算簡單，取并網點容量為無窮大，這樣計算雖然短路電流偏大，但對設備選擇并無多大影響，根據已確定電站的主接線，作等值網絡圖如圖2。

等值網絡圖的簡化見圖3。

計算35 kV母線、6 kV母線的三相短路電流，計算成果表如下：

（2）開關柜選擇。高低壓配電裝置均采用戶內成套開關柜，6 kV開關柜采用JYN12-10內鎧裝移開式金屬封閉開關柜。35 kV開關采用KYN10-35（Z）戶內鎧裝移開式金屬封閉開關柜，以減少占地面積和方便維護。以上兩種開關柜均具有防止誤操作斷路器。防止帶負荷推拉手車，防止帶電接地線，防止帶地線送電和防止誤入帶電間的五防功能。

圖3 等值網絡圖的簡化圖

表1 短路電流計算成果表

（3）電壓、電流互感器選擇。油浸電壓、電流互感器都有不同程度的漏油現象，當互感器油壓降到一定程度時，會發生噴油現象，所以本站選用無油的電壓、電流互感器，10 kV、35 kV互感器均采用環氧樹脂混合澆注干式互感器，均采用雙變比，雙級次，以滿足不同運行方式的需求，其它電氣設備選擇見表2。

表2 電氣設備選擇表

（4）防雷與接地。由于本站控制保護綜合自動化系統中弱電設備較多，這些設備對防雷接地系統提出了更高的要求，為此電站安裝了多基戶外避雷針，可以很好地防止直擊雷的侵入。但感應雷卻是弱電系統最大的破壞者。為防止直擊雷對設備和人身安全的危害，電站采用了2基30 m避雷針，2基24 m避雷針。防范感應雷采用短接技術、屏蔽、隔離、絕緣方式來削弱雷電感應電壓。采用壓抑制技術，設置避雷器、電抗器、電容器、電感線圈、瞬間電壓抑制元件，對瞬間出現的浪涌電壓起到分流箝位作用，有效降低感性元件產生的高壓脈沖，從而保護設備。接地系統分為避雷針接地和設備所需的保護接地及工作接地。接地極埋設要求在土建施工時，充分利用主廠清基打入接地極，以及自然接地體一次埋設，同時，土建各部分鋼筋需要電焊接地，職業采用單獨的接地，與工作地在地中距要求3 m以上。為了降低接地電阻，接地極可灌入高效接地樹指，可以大幅度降低接地電阻。

4 綜合自動化

（1）水電站自動化。根據本電站運行方式特點，和電力系統對水電站自動化要求等因素，水電站自動化選用無人值班或少人值守控制方式。這種控制方式能完成如下功能：

控制室能以一個指令完成機組開機、并網或停機，發電，事故時能應能自動停機；運行工況集中監視，實現對全站的重要運行參數自動巡回檢測和登記，適應遠程化的要求。

（2）測量、控制、保護系統。采用微機保護和微機運動技術，主體設計思想采用完全分層分布式結構、系統功能模塊、保護智能化、傻瓜式操作界面。繼電保護采用交流采樣技術，可方便地實現諧波分析、故障錄波、小電流接地選擇線等功能，實現了電站二次設備全微機化，簡化了電站的設計、安裝、調試及維護工作。

保護、控制采用一對一微機保護控制單元與主控機實現通訊。發電機保護配置縱差、低壓閉鎖、過流、過電壓、勵磁消失、轉子一點接地5套保護，采用控制模塊，組成主保護和后保護2個保護控制單元。控制設遠方和近方兩種控制方式。

電氣測量采用模塊，完成采集、計算、顯示監控和處理發電機三相的電壓、電流、有功功率、無功功率，有功電度、無功電度、功率因數。發電機定子線圈、定子鐵芯的測溫采用智能溫度巡檢儀。

繼電保護為了使機組正常運行，防止短路，接地、斷線、過負荷、非同期運行對設備的損壞，保證在事故下能有選擇性，快速地、靈敏地切除故障部分，設有縱差、過電壓、低電壓、閉鎖過流、復合過電壓，發電機定子測溫，轉子一點接地保護，主變設有瓦斯及溫度保護。

（3）同期系統公用屏。同期操作采用自動準同期主手動準同期二種方式，準同期回路裝設防止非同步合閘的閉鎖裝置。采用SIF—2C型發電機線路復用微機同期控制器，全部同期點都共用這套控制器。

（4）信號。信號系統包括位置狀態信號和事故及故障信號位置及狀態信號按下列內容裝設。

（5）直流系統。本工程設直流系統，電站的控制、保護、信號、自動裝置、綜合自動化均采用直流系統供電，復式整流裝置改為帶WPS的微機控制，增加火情測控裝置以及自動滅火裝置的蓄電池直流系統，采用蓄電池直流系統代替原硅整流直流系統，設置充電屏一塊，采用免維護蓄電池組，通過對直流系統的改造，可消除原直流電源在系統事故，機組自動停機的情況下，直流電源同時消失的缺陷。提高直流電源供電的可靠性，確保機組設備的安全運行。

[1]劉啟榮.水電站機電設施設備技術改造探討[J].湖南水利水電，2014，（5）.

[2]李向東.小型水電站技術改造規程 [J].中南水力發電，2015，（1）.

2016-06-20）

劉輝勇（1975-），男，湖南新化人，大學專科，主要從事水電規劃管理工作。