【摘 要】目前小型水電站供電方式也在不斷變化，運行模式從單機運行直接供電，發(fā)展到多機并列運行聯(lián)合供電。小水電站電氣主接線的設(shè)計，在符合可靠性、靈活性和經(jīng)濟性的前提下，電氣主接線型式趨向簡潔化。而且，隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日趨完善，系統(tǒng)備用容量比重加大，電氣設(shè)備可靠性提高等，小型水電站電氣主接線需要進行優(yōu)化設(shè)計，從而達到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的要求。
【關(guān)鍵詞】水電站；電氣主接線；水利
一、前言
發(fā)電廠、變電所是電力系統(tǒng)的主要組成部分，是發(fā)電、輸電和配電設(shè)備中重要的能量傳輸點。電氣主接線設(shè)計是水電站電氣設(shè)計的核心。在水電站裝機規(guī)模、臺數(shù)，電站接入系統(tǒng)電壓、出線回路數(shù)、距離和位置確定的條件下，主接線設(shè)計對主變壓器、斷路器等主要電氣設(shè)備的容量、臺數(shù)、型式的選擇與布置，對電站主要機電設(shè)備的繼電保護、監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，對廠房布置、樞紐布置以及機電設(shè)備和土建投資，環(huán)境保護和水土保持等都密切相關(guān)，有著較大的影響。而且，電氣主接線設(shè)計對電站本身和電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟運行也起著十分重要的作用。因此，電氣主接線設(shè)計不僅是技術(shù)含量高、涉及范圍廣的一項錯綜復(fù)雜的系統(tǒng)工程，又是衡量設(shè)計水平的一個重要標志。
二、小型水電站電氣主接線設(shè)計的原則
水電站在電力系統(tǒng)中地位十分重要，一旦發(fā)生事故可能造成巨大損失。在設(shè)計水電站電氣主接線時應(yīng)根據(jù)當?shù)貙嶋H現(xiàn)狀情況，并結(jié)合有關(guān)規(guī)程、規(guī)范遵循以下原則進行：首先應(yīng)滿足電力系統(tǒng)對水電站供電穩(wěn)定性、可靠性要求，即能夠不間斷地向系統(tǒng)送出合格電能；應(yīng)綜合考慮水電站的水文氣象、動能特性、建設(shè)規(guī)模、接入系統(tǒng)設(shè)計、樞紐總體布置、地形和運輸條件、環(huán)境保護、設(shè)備特點等因素；電氣主接線應(yīng)簡單、清晰，便于操作維護運行；電氣主接線應(yīng)具有一定的靈活性，適應(yīng)性；電氣主接線設(shè)計應(yīng)便于實現(xiàn)自動化，工程造價經(jīng)濟、合理；繼電保護簡單、可靠，易實現(xiàn)電站的綜合自動控制；滿足電站初期發(fā)電及最終規(guī)模的運行要求，還應(yīng)考慮便于分期過渡；技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、投資省，年運行費用低；在可行性研究、初步設(shè)計時根據(jù)電力系統(tǒng)連接的要求和水電站的裝機臺數(shù)，進行電氣主接線方案比較和技術(shù)經(jīng)濟分析論證。
三、小型水電站電氣主接線設(shè)計的注意事項
1、解決近區(qū)負荷的供電問題
水電站不同于火電廠，一般一次建成，不擴建 ；水電站開機程序比較簡單，機組起動迅速，并容易實現(xiàn)自動化；遠離負荷中心，無大的近區(qū)負荷，用升高電壓送電，出線回路少，多為調(diào)峰運行，開停機頻繁；不同于火電廠和降壓變電所，一般不預(yù)留出線回路；水電站廠用負荷較小，一般不從高壓側(cè)引線，備用廠用電源可引自地區(qū)配電網(wǎng)或保留施工變電站來解決；水電站多處于狹小山區(qū)，開關(guān)站一般不作為分配或中轉(zhuǎn)電能的變電站，電氣主接線宜接線簡單清晰；在同一河流上的梯級水電站或地理位置相近的幾個水電站，電站之間既有電的聯(lián)系，又有水的聯(lián)系；水電站電氣主接線設(shè)計時，應(yīng)妥善解決近區(qū)負荷的供電問題。
2、發(fā)電機電壓接線選擇
一般的小型水電站多采用下列三種方案進行發(fā)電機電壓接線，方案一 ：單母線斷路器分段接線。優(yōu)點：運行靈活、可靠，母線可分段運行，減少短路電流；任一段母線檢修或故障，不影響另一段母線運行；采用斷路器分段運行操作方便靈活。缺點：運行維護費用高，電能損耗大，與其它方案比總投資多。方案二：擴大單元接線。簡單、清晰，與單元接線相比，減少了主變壓器臺數(shù)及其相應(yīng)的高壓設(shè)備數(shù)量，縮小布置場地，節(jié)省投資 ；減少了主變壓器高壓側(cè)進出線，可簡化布置和高壓側(cè)接線；主變壓器或其對應(yīng)高壓側(cè)設(shè)備故障、檢修，本單元兩臺機組容量受阻；運行維護費用低，電能損耗小，與其它方案比總投資少。方案三：單元接線。機組與主變壓器數(shù)量相同，對應(yīng)性好，可靠性最高 ；繼電保護簡單 ；主變高壓側(cè)進線回路多，布置復(fù)雜，不利于簡化高壓側(cè)的接線形式；主變臺數(shù)及主變高壓側(cè)斷路器數(shù)量多，增加主變及 110kV 設(shè)備布置場地與設(shè)備投資；運行維護費用最高，電能損耗大，綜合與其它方案比總投資多。綜上所述，方案二技術(shù)上可行，經(jīng)濟指標優(yōu)越，高壓設(shè)備較少，檢修維護方便，可靠性較高。
3、過電壓保護和接地設(shè)計
過電壓保護和接地設(shè)計要根據(jù)具體水電站工程項目進行設(shè)計。例如在一個小水電站設(shè)計中，采用如下方式進行過電壓保護和接地設(shè)計：（1）直擊雷保護。將避雷裝置設(shè)置在電站屋頂，然后通過接地扁鋼與地網(wǎng)連接，能夠有效的保護電站免受直擊雷的危害，避雷帶連接于尾水接地網(wǎng)。升壓站的直擊雷保護采用二支高24米的避雷針保護方式，避雷針單獨設(shè)立。雷電侵入波的過壓保護，升壓站35KV進線架設(shè)1～2km的避雷線，把雷電沿導(dǎo)線侵入的陡度限制在一定允許值內(nèi)，使流過避雷器的沖擊電流值不超過5KA。同時，為了防止雷電波侵入升壓站損壞設(shè)備，在35KV母線裝設(shè)一組氧化鋅Y5W-42/134型辟雷器。由于雷電波可以沿110KV 線路攻擊，因此在該線路上設(shè)置避雷線。將浪涌保護器設(shè)置在低壓配電柜內(nèi)起到保護作用。（2）接地。避雷接地由垂直接地體和水平接地體組成，鋼垂直接地體用10條2.5m長的50×5角鋼組成，水平接地體用40×4的扁鋼長30米組成，接地電阻要求小于10歐姆。升壓站的工作接地主要由40×4的扁鋼水平接地體組成，在設(shè)備接地處共加12條2.5m的50×50角鋼垂直接地體，接地電阻要求不大于4歐姆。廠房為鋼筋混土結(jié)構(gòu)，廠房基礎(chǔ)鋼筋與接地網(wǎng)相接。
4、繼電保護設(shè)計
依據(jù)《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》，水電站配置下列繼電保護裝置。（1）發(fā)電機繼電保護裝置采用：①過電流保護；②過電壓保護；③定子繞組過負荷保護；④失磁保護。（2）主變壓器繼電保護裝置采用：①電流速斷保護；②瓦斯保護；③溫度保護。（3）35KV線路繼電保護裝置采用：①電流速斷保護；②過流保護。
5、微機監(jiān)控綜合及自動化系統(tǒng)
根據(jù)小型水電站實際情況以及為實現(xiàn)少人值班人的要求，采用以計算機監(jiān)控為主，常規(guī)監(jiān)控為輔的原則，例如采用亞太公司研制的分層分布式結(jié)構(gòu)的DZWX-2000水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，由上位機系統(tǒng)、當?shù)乜刂茊卧�、水輪機操作、勵磁屏等組成。上位機主要設(shè)備為1套監(jiān)控主機、1臺打印機、1套不間斷電源等組成。當?shù)乜刂茊卧灿?套，2套為機組當?shù)乜刂茊卧狶CU，2套水輪機調(diào)速器， 2套可控硅勵磁裝置組成。（1）上位機將來與調(diào)度中心或信息管理系統(tǒng)的通訊也采用CDT通訊規(guī)約進行通訊，也可以根據(jù)需求把電站的實時數(shù)據(jù)送到辦公樓或廠長室。（2）監(jiān)控主機自動完成水電站實時狀態(tài)的采集與處理、監(jiān)控、對被監(jiān)控對象運行參數(shù)進行調(diào)節(jié)、報警及事故記錄、順序事件記錄、遙控記錄、電站歷史數(shù)據(jù)狀態(tài)的查詢、報表處理與打印、事故追憶、計算統(tǒng)計、實時顯示電站運行狀態(tài)和參數(shù)等。（3）微機自動控制系統(tǒng)采用一機一屏，一次設(shè)備和二次設(shè)備組合成一塊屏。屏內(nèi)一次設(shè)備包括：隔離刀開關(guān)、自動空氣開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、熔斷器等；二次設(shè)備除微機測量、保護、控制裝置外，還裝設(shè)一機一臺同期表。
四、總結(jié)
小型水電站電氣主接線的確定應(yīng)綜合考慮水文氣象、動能特性、系統(tǒng)狀況、建設(shè)規(guī)模、接入系統(tǒng)設(shè)計、樞紐總體布置、地形和運輸條件、環(huán)境保護、設(shè)備特點等因素；電氣主接線應(yīng)滿足電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠性的要求以及電力系統(tǒng)對電站機組運行方式的要求，同時應(yīng)滿足供電可靠、運行靈活、檢修方便、接線簡單、便于實現(xiàn)自動化和分期過渡、經(jīng)濟合理等要求。除此之外，電氣主接線設(shè)計還應(yīng)考慮在非常情況下、不致造成水庫大量棄水、嚴重影響電站效益和安全運行。
參考文獻：
[1]劉家明.白蓮崖水電站電氣主接線選擇[J].中國科技縱橫，2009（7）.
[2]趙鑫，王建華.彭水水電站機電設(shè)計[J].人民長江，2006，26（01）.
[3]包曉暉.水電站電氣主接線方案的多級模糊綜合評判[J].水電站設(shè)計，2010（1）.
[4]馮趙云.柏香林水電站的電氣主接線選擇[J].中國水能及電氣化，2009（4）.
[5]楊軍，羅海.積石峽水電站電氣主接線方案選擇[J].水力發(fā)電，2011（11）.
