水电站主接线电气设计与注意问题探究

李度

摘 要：为了更好地满足各个行业的用电需求，水电站的供电模式也在不断变化。其中电气主接线作为一种新型接线方式，由于具有安全性高、检修维护方便、经济合理等优点，因此近年来在国内水电站中得到了比较广泛的应用。但是通过实际应用效果来看，该设计方式也存在一些问题，需要在主接线电气设计过程中加以重视。

关键词：水电站；电气主接线；设计方案；注意问题

中图分类号：TM645 文献标志码：A 文章编号：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

电气主接线是水电站电气设计中的核心环节，在主接线电气设计时需要考虑多方面的影响因素，包括电力系统、枢纽布置甚至包括地形条件等。只有将多种影响因素纳入到电气设计中来，才能切实保障水电站主接线电气设计的稳定和可靠运行。文章首先概述了水电站主接线电气设计的一些主要特点，随后就几种常见的设计方案进行了分析，最后结合实际工作经验，提出了主接线电气设计中需要重点关注的几项问题。

1 水电站主接线电气设计特点

（1）对于一些中小型规模的水电站来说，其接入系统的接线方式比较简单，电压等级通常以110kV和35kV为主。由于水电站距离负荷区相对较近，因此主接线的回路较少；（2）多数水电站的选址多以山区为主，因此周边地形相对复杂。对于水电站中的一些大型设备，在安装和电气设计时可能会受到限制。为了确保水电站主接线电气设计的安全性和可靠性，需要优先考虑使用SF6组合电器。（3）根据水电站装机容量的大小，确定电气主接线的设计方案。如果水电站的装机容量较大，需要从电站升高电压侧接入主接线。反之，如果水电站装机容量较小，考虑到电能损耗等问题，通常需要将一台厂用变压器接入到主接线的母线上。

2 水电站主接线电气设计方案

2.1 发电机电压侧接线

主变压器是水电站运行中的核心设备，不同规模的水电站中主变压器的数量也有一定差异。以中小型水电站（2台主变压器）为例，其发电机电压侧的接线方式大体可分为以下几种。

（1）单母线与单母线分段接线

以往有些中小型水电站采用单母线接地的方式，虽然这种接线方式比较简便，但是一旦母线出现故障问题，为了保障检修工作的安全性，需要水电站进行全站停机，从而影响了正常工作的开展。在单母线直接接地的基础上，提出了单母线分段接地的电气设计思路：各段母线之间采用并联方式连接，即便是其中某一段母線出现故障，也能够通过启用备用线路的方式向水电站用电系统供电，保障了线路运行安全。通过应用效果来看，单母线分段接地的配电装置数量较少，并且各线路之间的链接比较清晰，电气设备相互之间不容易受到干扰影响，显著提高了主接线电气设计的可靠性。

（2）单元接线方式

该种接线方式是在主变压器下分别连接两个支线，其中一条支线上安装发电机组，另一条支线上安装厂用变压器。单元接线方式的优点在于通过线路分流的形式，成倍的提高了水电站主接线的稳定性。同时，保证了发电机和主变压器的容量相匹配，避免了因发动机功率过高而导致连接线路受热出现故障的问题。从成本上来看，由于单元接线中需要连接一定数量的高压断路器，因此投资成本可能稍微较高。但是由于中小型水电站中只有1-2台主变压器，因此综合效益来看，采用单元连接方式具有较高的可行性。

（3）扩大单元接线

该种接线方式是对单元接线的一种改良，两者的主要区别是扩大单元接线方式中，简化了电气布置，例如原有水电站中使用2台主变压器，采用扩大单元接线方式后，只需要使用1台主变压器即可完成等量工作。这样一来，即便是其中一台主变压器发生故障问题，也能够交替使用，不会影响到水电站正常的发电。

2.2 升高电压侧的接线方式

水电站的主变压器大多采用两绕组变压器，这类变压器具有较强的绝缘性能和耐高温能力，尤其是在用电高峰期，水电站所承担的负荷较高，绕组变压器可以在一定程度上缓解水电站的运行压力。水电站中所用的绕组变压器通常采用升高电压侧的接线方式，同时根据接线位置的不同，又可细分为以下几种。

（1）变压器-线路组接线

该种接线方式比较简单，主要的接线原理就是通过外加导流线路，以提高变压器的运行工作效率。但是由于连接导线的电阻与变压器相比，基本上可以忽略不计，因此容易出现变压器短路故障。而一旦变压器出现故障，由于整个主接线电气设计采用单线路连接，维修时就需要进行全站停电。因此，目前许多水电站逐渐淘汰了变压器-线路组接线方式。endprint

（2）单母线与单母线分段接线

与发电机电压侧接线方式不同，升高电压侧的单母线分段接线成本相对较低，并且线路中所用的电气设备数量和种类更少。单母线分段接地会导致同一条母线所负担的电流电压值降低，因此在一些大型水电站中的适用性会受到一定的限制。在进行主接线电气设计时，可以将某一段母线与发电机组相连，达到继电保护的效果。除此之外，也可以尝试在母线旁边额外增加一个隔离开关，这样当其中一段母线出现故障后，还能够利用隔离开关发挥一定的保护作用，避免检修过程中出现断电问题。

（3）桥形接线

在一些“两进两出”型的水电站中，如果采用单母线或单母线分段连接方式，由于两回路之间的变压器功率不一致，因此电气主接线不能直接相连，无形中降低了水电站的发电效率。桥形连接则可以起到平衡功率的作用。根据连接方式的不同，桥形连接又可分为“内桥”和“外桥”两种，两种连接方式具体发揮的作用也存在一定差别。例如，外桥接线主要用来解决水电站调峰和变压器切合等工作，如果水电站发电量较大或是投入使用年限较久，则不宜使用外桥连接；内桥连接的主要作用是故障备用，即当电气主接线其中一条母线出现故障后，通过搭接内桥，实现故障区域短路，以便于在水电站不停机的前提下完成检修。

3 水电站主接线电气设计需要注意的问题

3.1 高压线刘熔断器

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

避雷工作是水电站电气设计中的主要内容之一，选择水电站屋顶空旷处安装避雷设备，确保避雷设备的稳定性。然后利用扁钢或大直径的铁线与地网连接，自上而下形成一个有效的桐庐。这样当高空建筑受到雷电的袭击后，将瞬时大电流直接导入地下，达到了对电气主接线系统的保护作用。

4 结束语

水电站作为现阶段国内电力资源的主要产生方式之一，随着社会用电需求量的上升，水电站所承担的供电负荷也越来越大。通过主接线电气设计，可以切实提高电力系统运行的稳定性，满足水电站发电、供电的多方面需求。当然，电气主接线设计也要结合水电站的实际情况，例如水文特点、作业环境、枢纽布置等。只有全方位的考虑多种影响要素，才能切实提高电气主接线设计的科学性，实现水电站安全性能和竞技效益的同步提升。

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