水電站主接線電氣設計與注意問題探究

李度

摘 要：為了更好地滿足各個行業的用電需求，水電站的供電模式也在不斷變化。其中電氣主接線作為一種新型接線方式，由于具有安全性高、檢修維護方便、經濟合理等優點，因此近年來在國內水電站中得到了比較廣泛的應用。但是通過實際應用效果來看，該設計方式也存在一些問題，需要在主接線電氣設計過程中加以重視。

關鍵詞：水電站；電氣主接線；設計方案；注意問題

中圖分類號：TM645 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）01-0123-02

Abstract： In order to better meet the needs of various industries， the power supply mode of hydropower stations is also constantly changing. As a new type of wiring mode， electrical main wiring has been widely used in domestic hydropower stations in recent years because of its advantages of high safety， convenient maintenance and economy. But through the practical application effect， the design method also has some problems which need to be paid attention to in the process of the main wiring electrical design.

Keywords： hydropower station； main electrical connection； design scheme； attention

引言

電氣主接線是水電站電氣設計中的核心環節，在主接線電氣設計時需要考慮多方面的影響因素，包括電力系統、樞紐布置甚至包括地形條件等。只有將多種影響因素納入到電氣設計中來，才能切實保障水電站主接線電氣設計的穩定和可靠運行。文章首先概述了水電站主接線電氣設計的一些主要特點，隨后就幾種常見的設計方案進行了分析，最后結合實際工作經驗，提出了主接線電氣設計中需要重點關注的幾項問題。

1 水電站主接線電氣設計特點

（1）對于一些中小型規模的水電站來說，其接入系統的接線方式比較簡單，電壓等級通常以110kV和35kV為主。由于水電站距離負荷區相對較近，因此主接線的回路較少；（2）多數水電站的選址多以山區為主，因此周邊地形相對復雜。對于水電站中的一些大型設備，在安裝和電氣設計時可能會受到限制。為了確保水電站主接線電氣設計的安全性和可靠性，需要優先考慮使用SF6組合電器。（3）根據水電站裝機容量的大小，確定電氣主接線的設計方案。如果水電站的裝機容量較大，需要從電站升高電壓側接入主接線。反之，如果水電站裝機容量較小，考慮到電能損耗等問題，通常需要將一臺廠用變壓器接入到主接線的母線上。

2 水電站主接線電氣設計方案

2.1 發電機電壓側接線

主變壓器是水電站運行中的核心設備，不同規模的水電站中主變壓器的數量也有一定差異。以中小型水電站（2臺主變壓器）為例，其發電機電壓側的接線方式大體可分為以下幾種。

（1）單母線與單母線分段接線

以往有些中小型水電站采用單母線接地的方式，雖然這種接線方式比較簡便，但是一旦母線出現故障問題，為了保障檢修工作的安全性，需要水電站進行全站停機，從而影響了正常工作的開展。在單母線直接接地的基礎上，提出了單母線分段接地的電氣設計思路：各段母線之間采用并聯方式連接，即便是其中某一段母線出現故障，也能夠通過啟用備用線路的方式向水電站用電系統供電，保障了線路運行安全。通過應用效果來看，單母線分段接地的配電裝置數量較少，并且各線路之間的鏈接比較清晰，電氣設備相互之間不容易受到干擾影響，顯著提高了主接線電氣設計的可靠性。

（2）單元接線方式

該種接線方式是在主變壓器下分別連接兩個支線，其中一條支線上安裝發電機組，另一條支線上安裝廠用變壓器。單元接線方式的優點在于通過線路分流的形式，成倍的提高了水電站主接線的穩定性。同時，保證了發電機和主變壓器的容量相匹配，避免了因發動機功率過高而導致連接線路受熱出現故障的問題。從成本上來看，由于單元接線中需要連接一定數量的高壓斷路器，因此投資成本可能稍微較高。但是由于中小型水電站中只有1-2臺主變壓器，因此綜合效益來看，采用單元連接方式具有較高的可行性。

（3）擴大單元接線

該種接線方式是對單元接線的一種改良，兩者的主要區別是擴大單元接線方式中，簡化了電氣布置，例如原有水電站中使用2臺主變壓器，采用擴大單元接線方式后，只需要使用1臺主變壓器即可完成等量工作。這樣一來，即便是其中一臺主變壓器發生故障問題，也能夠交替使用，不會影響到水電站正常的發電。

2.2 升高電壓側的接線方式

水電站的主變壓器大多采用兩繞組變壓器，這類變壓器具有較強的絕緣性能和耐高溫能力，尤其是在用電高峰期，水電站所承擔的負荷較高，繞組變壓器可以在一定程度上緩解水電站的運行壓力。水電站中所用的繞組變壓器通常采用升高電壓側的接線方式，同時根據接線位置的不同，又可細分為以下幾種。

（1）變壓器-線路組接線

該種接線方式比較簡單，主要的接線原理就是通過外加導流線路，以提高變壓器的運行工作效率。但是由于連接導線的電阻與變壓器相比，基本上可以忽略不計，因此容易出現變壓器短路故障。而一旦變壓器出現故障，由于整個主接線電氣設計采用單線路連接，維修時就需要進行全站停電。因此，目前許多水電站逐漸淘汰了變壓器-線路組接線方式。endprint

（2）單母線與單母線分段接線

與發電機電壓側接線方式不同，升高電壓側的單母線分段接線成本相對較低，并且線路中所用的電氣設備數量和種類更少。單母線分段接地會導致同一條母線所負擔的電流電壓值降低，因此在一些大型水電站中的適用性會受到一定的限制。在進行主接線電氣設計時，可以將某一段母線與發電機組相連，達到繼電保護的效果。除此之外，也可以嘗試在母線旁邊額外增加一個隔離開關，這樣當其中一段母線出現故障后，還能夠利用隔離開關發揮一定的保護作用，避免檢修過程中出現斷電問題。

（3）橋形接線

在一些“兩進兩出”型的水電站中，如果采用單母線或單母線分段連接方式，由于兩回路之間的變壓器功率不一致，因此電氣主接線不能直接相連，無形中降低了水電站的發電效率。橋形連接則可以起到平衡功率的作用。根據連接方式的不同，橋形連接又可分為“內橋”和“外橋”兩種，兩種連接方式具體發揮的作用也存在一定差別。例如，外橋接線主要用來解決水電站調峰和變壓器切合等工作，如果水電站發電量較大或是投入使用年限較久，則不宜使用外橋連接；內橋連接的主要作用是故障備用，即當電氣主接線其中一條母線出現故障后，通過搭接內橋，實現故障區域短路，以便于在水電站不停機的前提下完成檢修。

3 水電站主接線電氣設計需要注意的問題

3.1 高壓線劉熔斷器

高能氧化鋅電阻和限流熔斷器形成了一種組合保護裝置高壓限流熔斷器，使電器設備免受短路電流的破壞，簡稱為FUR。全廠所有的系統和發電機總的短路電流等于廠變高壓側所產生的短路電流，若將斷路器用于此處，因為此處電流非常大必須使用大開電流的斷路器，但是其需要的資金投入非常大，因此不會選擇大機組。設計新電站或改造舊電站時，使用FUR用于廠變高壓側。在很短的時間內它就能限制住短路電流，防止高廠變爆炸事故的發生。避免母線、主變壓器、發電機免受沖擊損傷。同時，要根據廠變低壓側能否良好配合進行限流熔斷器的選擇。

3.2 中性點接地方式

發電機中性點以前一直是采用消弧線圈接地的接地方式。這種接地方式是可以滿足國家標準的，在發生發電機單相接地故障時，因為經過消弧線圈接地的電流非常小，所以發電機開關可以暫時不跳，只是發出相應的信號，并由運行人員進行處理。國內近幾年新建設的水電站大部分發電機中性點都是采用接地變壓器接地即經高阻接地的接地方式，這種接地方式的接地電容性電流不經過消弧線圈綜合，因此在發生發電機單相接地故障時，接地電流就會大于國家標準中的允許值，所以此時就需要作用于跳發電機開關。設計選擇接地方式時要考慮到防止暫時狀態的過電壓破壞發電機絕緣，在間歇性單相接地故障時產生；還要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，如何避免對發電機造成較大的損失。本著這一設計思想，主要選擇方式為單相接地故障產生的過電壓，采用發電機中性點的接地變壓器接地方式，即經高阻接地。

3.3 接地系統和過電壓保護

避雷工作是水電站電氣設計中的主要內容之一，選擇水電站屋頂空曠處安裝避雷設備，確保避雷設備的穩定性。然后利用扁鋼或大直徑的鐵線與地網連接，自上而下形成一個有效的桐廬。這樣當高空建筑受到雷電的襲擊后，將瞬時大電流直接導入地下，達到了對電氣主接線系統的保護作用。

4 結束語

水電站作為現階段國內電力資源的主要產生方式之一，隨著社會用電需求量的上升，水電站所承擔的供電負荷也越來越大。通過主接線電氣設計，可以切實提高電力系統運行的穩定性，滿足水電站發電、供電的多方面需求。當然，電氣主接線設計也要結合水電站的實際情況，例如水文特點、作業環境、樞紐布置等。只有全方位的考慮多種影響要素，才能切實提高電氣主接線設計的科學性，實現水電站安全性能和競技效益的同步提升。

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