水电站主接线电气构造与关注问题

1前言

目前小水电正在逐步发展中，供电方式也在不断变化，运行模式从单机运行直接供电，发展到多机并列运行联合供电，再发展到井入大电两运行。但是水电站的接线方式一直是使用过去传统的接线方式，即在单机运行时直接将供电发电机Y接线的中性线引出来并将其接地，在并网运行时变压器和发电机中性点都要连通后接入地网，不管是单机还是多机并列后升压与电网连接，或者是采用多机发变组与电网连接。这种接线方式的特点是可实现发电机侧中性点接地系统供电达400/230V。这种接线方式的优点还有在电网停电时可以对近区负荷自发自供，为全站提供可靠的照明电，即在电网故障停电时自动关机组转成空载而不灭磁，保护动作跳闸，厂房仍可照明。系统内部过电压对低压网络影响较小，相对较可靠、安全，能在单相接地故障时动作跳闸，保护简单。但是，这种接线方式也存在一些问题，将对其缺陷和改进措施进行探讨。

2主接线电气设计

2.1设计原则

水电站主接线电气设计必须同时考虑电站的运输条件、地形、枢纽总体布置、接入系统方式、建设规模、动能特性、水文气象等各个因素。同时电力系统要求电站具有稳定性，必须努力做到经济合理、节约投资、技术先进、接线简单清晰、检修维护方便、运行操作灵活、供电安全可靠。

2.2比较发电机电压侧接线方案

第一方案，接线方式使用单母线隔离开关。母线隔离开关在正常运行过程中处在分段状态。1台SF10-31500／110／10.5kV双卷变压器与1G发电机接于I段母线，正常运行状态下形成单元的运行方式；1台SF10-63000／110／10.5kV双卷变压器与2G，3G发电机接于Ⅱ段母线，正常运行状态下形成扩大单元运行方式。发电机电压母线I、Ⅱ段分别与两台厂用变相接，相互之间形成暗备用。生活区、船闸、坝顶等用电和外接设备电源与I、Ⅱ段母线分别相接。第二方案，1台SF10-31500／110／10.5kV双卷变压器与1G发电机相连形成单元接线；1台SF10-63000／110／10.5kV双卷变压器与2G，3G发电机相连形成扩大单元接线；发电机电压母线I、Ⅱ段分别连接两台长用变，相互之间形成暗备用。生活区、船闸、坝顶等用电和外接设备电源与1O．5kV母线Ⅲ段连接。这两套组合保护装置无论什么时候都只能使一套运行。

2.3两方案的技术经济比较

第一方案：该方案布置方便、发电机电压侧设备少、运行维护方便、接线简单清晰。与第二方案相比，第一方案所需的高压设备和变压器台数相对较少，这就使得开关站的占地面积大大缩小了，开关站的开挖量也相应减少了，达到了节约土建投资及设备的目的。但是，它仍然存在一些缺点，即运行灵活性及可靠性相对较低。由于与发电机电压母线I、Ⅱ段相连的起到辅助作用的设备过多，当设备发生故障时就会导致于该段母线相连的发电机停止工作，最终导致无法向外输送电能。除此之外，一台变压器与两台机组相连，若发生故障则会对较大的范围都产生影响。当进行检修或者电压器出现故障的时候，两台机组全部断电，不能继续输送电能，会造成严重的电能损失。第二方案：该方案比第一方案具有更高的可靠性，同时运行过程也比较灵活。它采用的保护装置由真空负荷开关及高压限流熔断器所组成，能够保护生活区变压器、船闸变压器、和外接备用电源的断相、过载、短路。若其中一个起辅助作用的变压器出现短路事故，则熔断器会切断短路电流，与使用断路器相比其动作时间非常短，且更加安全可靠，操作机构也相对简单，不会发生拒合、拒分等现象。因此大大降低了由于辅助设备发生故障导致的电能无法输送的概率，最终保证了发电机运行的安全性和可靠性。它的缺点是一次性投入较大。

2.4方案推荐

总而言之，第一方案的可靠性较差，因为设备发生事故导致不能输送发电机电能的概率较大，由于停止发电所造成的经济损失也较多。所以第二方案比第一方案更为合理，在经济上方案二也具有相当的优势。特别是对于风冷式、铜芯、无载调压、节能型的变压器，发生故障的概率较小，可以和电站机组进行同步的检修。因此第二方案为最优选择，不仅节省了投资，同时还使电站的可靠运行得到了保证。

3水电站主接线电气设计需要注意的问题

3.1高压限流熔断器

高能氧化锌电阻和限流熔断器形成了一种组合保护装置高压限流熔断器，使电器设备免受短路电流的破坏，简称为FUR。全厂所有的系统和发电机总的短路电流等于厂变高压侧所产生的短路电流，若将断路器用于此处，因为此处电流非常大必须使用大开电流的断路器，但是其需要的资金投入非常大，因此不会选择大机组。设计新电站或改造旧电站时，使用FUR用于厂变高压侧。在很短的时间内它就能限制住短路电流，防止高厂变爆炸事故的发生。避免母线、主变压器、发电机免受冲击损伤。同时，要根据厂变低压侧能否良好配合进行限流熔断器的选择。

3.2中性点接地方式

发电机中性点以前一直是采用消弧线圈接地的接地方式。这种接地方式是可以满足国家标准的，在发生发电机单相接地故障时，因为经过消弧线圈接地的电流非常小，所以发电机开关可以暂时不跳，只是发出相应的信号，并由运行人员进行处理。国内近几年新建设的水电站大部分发电机中性点都是采用接地变压器接地即经高阻接地的接地方式，这种接地方式的接地电容性电流不经过消弧线圈综合，因此在发生发电机单相接地故障时，接地电流就会大于国家标准中的允许值，所以此时就需要作用于跳发电机开关。设计选择接地方式时要考虑到防止暂时状态的过电压破坏发电机绝缘，在间歇性单相接地故障时产生；还要考虑到如何避免单相接地故障转化为相间故障或匝问故障，如何避免对发电机造成较大的损失。本着这一设计思想，主要选择方式为单相接地故障产生的过电压，采用发电机中性点的接地变压器接地方式，即经高阻接地。

3.3接地系统和过电压保护

将避雷装置设置在电站屋顶，然后通过接地扁钢与地网连接，能够有效的保护电站免受直击雷的危害，避雷带连接于尾水接地网。由于雷电波可以沿110KV线路攻击，因此在该线路上设置避雷线。将浪涌保护器设置在低压配电柜内起到保护作用。

4总结

确定电气主接线时应当综合考虑动能特性、水文气象、建设规模、系统状况、枢纽总体布置、接入系统设计、运输条件和地形、设备特点、环境保护等等相关因素。电气主接线要满足很多要求，如可靠性要求、电力系统对电站机组运行方式要求、电力系统的稳定性要求、供电运行灵活性、供电可靠性、接线简单、检修方便、便于实现分期过渡和自动化、经济、合理等等。除此之外，设计电气主接线时还要考虑在特殊情况和环境下不会造成大量水库弃水，以不影响电站安全运行和经济效益。