關于水電站電氣主接線及變電站主變保護設計研究

毛科峰 李達

摘要：所謂水電站電氣主接線，即是將發電機、變壓器、電容器、避雷器等一次電氣設備按照事先設計的生產流程構成電能生產、轉化、輸送和分配的電氣回路，電氣主接線優化設計是水電站電氣方面設計的重點工作之一，其優化設計的合理性直接決定著電力系統與水電站的安全運行，因此，本文將簡要闡述水電站電氣主接線優化設計的原則，并提出水電站主線路優化設計的可行性策略，希望為水電站相關技術工作者提供有價值的參考與建議。

關鍵詞：水電站;電氣主接線;保護設計

一、前言

可靠的電力供應在工程建設領域中較為關鍵，能夠影響工程項目的施工能否順利進行。在水利工程中，應該多采用現代化的電力自動化控制技術、機電一體化技術和供電系統技術，以保證水利工程的施工自動化水平和施工質量，提高水利工程的整體效益。

二、水電站電氣主接線保護方案

（一）發電機電壓側接線主變壓器一直是水電站運行過程中的核心裝置，技術人員需要根據水電站規模的大小來合理設計主變壓器的數量，以常見的中小型水電站為例，一般有兩臺主變壓器，這樣的發電機電壓側的接線方式主要可以分為三種形式：單母線與單母線分段接線、單元接線方式和擴大單元接線方式。其一，單母線與單母線分段接線。單母線接線方式最大的特點就是接線方式較為簡單，但是也有著不可忽視的弊端，如一旦母線發生了故障，那么為了保證檢修人員的安全和相關電氣化設備的安全性，通常需要對水電站進行全站停機，嚴重影響了水電站的正常運營，因此技術工作者可以采取單母線分段接線的電氣設計方案，也就是將母線之間利用并聯的方案來進行連接，若是其中一段母線發生了故障問題，那么只需要啟用備用線路就可以實現水電站的正常工作，很好地保障了線路運行的安全性，而且單母線分段接線的方式有著各線路連接清晰的顯著特點，水電站各個電氣化設備之間的工作不會受到影響，在很大程度上增強了電氣主接線設計的可靠性與合理性;其二，單元接線模式。這樣的接線方式即是在主變壓器下分別連接兩個支線，一條支線需要安裝廠用的變壓器，另一條支線則需要安裝發電機組，采取線路分流的方式大大提升了水電站主接線的可靠性，切實保障了主變壓器與發電機的容量匹配，降低了由于發電機運轉而導致的連接線路受熱故障的現象，但是投資的成本會有一定的上升，就綜合的情況而言，單元連接方式具有很強的可行性;其三，擴大單元接線。在擴大單元接線的過程中，很好地簡化了電氣布置，如原來需要兩臺主變壓器，在采取擴大單元接線之后，只需要一臺主變壓器就能夠完成相應的工作任務，即便有一臺主變壓器產生了故障問題，其它的備用變壓器就會發揮作用，保證水電站的正常運轉。

（二）升高電壓側的接線模式通常情況下，水電站的主變壓器使用兩繞組變壓器，這樣的變壓器有著較強的絕緣性能與耐高溫能力，特別是在夏季，人們的用電量急劇上升，水電站承受的載荷較高，采用繞組變壓器可以在很大程度上緩解水電站的運行壓力。在采用升高電壓側接線方式的過程中，按照接線的不同位置，又可以分為以下三種方式：首先，變壓器線路組接線。這樣的接線方式有著簡便的顯著特點，主要是采用外加導流線路的方式來提升變壓器的運轉效率，相對變壓器而言，連接導線的電阻基本上可以忽略不計，所以有可能出現變壓器短路故障再加上主接線電氣設計采用的是單線路連接，在具體維修的過程中就要全站進行停電，因此大部分水電站逐步不再采用變壓器線路組接線的方式;其次，單母線和單母線分段接線。相對于發電機電壓側接線方式不同，升高電壓側單母線分段接線的成本較低，而且在實際線路中需要用到電氣設備數量與種類較為單一，這樣的接線方式會直接造成同一條母線負擔的電流電壓值降低，適用范圍不太廣泛。所以，在實際的水電站電氣主接線的設計工作中，技術工作者可以采取某一段母線與發電機組相連的方式來達到繼電保護的目的，同時也可以在母線旁邊增加隔離開關，一旦其中一段母線發生了故障問題，那么隔離開關就會起到一定的保護作用，有效避免在具體檢修的過程中發生斷電的問題;

三、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。

四、水電站主接線電氣設計方案

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。

（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。

（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。

五、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。電氣設備是水電站電力系統的重要組成部分，其穩定性與安全性直接決定著電力網絡的運行狀況，如何降低和消除過電壓帶來的損害關系著水電站的發展成效。因此，作為新時代的水電站技術工作者要發現水電站電氣過電壓種類與產生原因，并采取先進的過電壓保護技術保障電氣化設備不受到損害，這樣才能確保水電站運行的安全性與穩定性，為社會經濟發展提供更加穩定的電力能源支持。

參考文獻

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