水电站电气主接线优化设计探讨

刘志欣

摘要：所谓水电站电气主接线，即是将发电机、变压器、电容器、避雷器等一次电气设备按照事先设计的生产流程构成电能生产、转化、输送和分配的电气回路，电气主接线优化设计是水电站电气方面设计的重点工作之一，其优化设计的合理性直接决定着电力系统与水电站的安全运行，因此，本文将简要阐述水电站电气主接线优化设计的原则，并提出水电站主线路优化设计的可行性策略，希望为水电站相关技术工作者提供有价值的参考与建议。

关键词：水电站;电气主接线;优化设计

水电作为一种绿色能源，在国民经济与社会建设中扮演着十分重要的角色，为了保障水电站可以安全可靠地运行，选择技术可靠、经济合理的电气主接线方案就显得尤为重要，而且在实际应用的过程中，技术工作者还需要对电气设备选用、配电装置布局和继电保护进行优化设计，这样才能全方位保障水电站的安全经济运行。在传统的水电站电气主线路设计过程中，主要是针对短路计算、配电装置、无功补偿以及变压器等相关设备设施进行详细设计，短路计算与设备的选用是传统电气设计的主要方向，针对电气主接线方式的研究不够透彻，而在电力技术快速发展的形势下，电气主接线作为一种新型的接线方式，在水电站电气设计中得到了广泛应用，而且在实际运行中也发挥着不可或缺的重要作用，在具体设计时强化了水电站电气主接线设计优化的重点。

一、水电站电气主接线优化设计的原则

毋庸置疑，水电站电气主接线设计的合理性直接关系着电力系统、水电站的安全稳定运行，设计人员必须要坚持可靠性、灵活性和经济性的原则来设计水电站电气主线路，以此来获得最优化的电气主线路设计方案，为水电站的安全稳定运行营造出良好的条件。首先，可靠性原则。可靠性是水电站设计与运行的首要要求，也是保证水电供电系统的基础，通常情况下，对于水电站电气主接线可靠性衡量的标准是在断路器检修过程汇总，系统的供电不能受到影响，而且在母线发生故障、断路器产生问题或者母线在检查维修的过程中，要能够减少停运的回路数和停运时间，电气主线路的设计方案要有利于降低或者消除发电厂、变电所停止运行的可能性。其次，在灵活性方面。水电站电气主接线要满足在具体调度、检查维修和扩建过程中的灵活性，在具体开展调度工作时，技术工作者能够灵活地投入或者切除发电机变压器和相关线路，为事故运行模式与检修运行模式系统调度创造条件，最大限度地降低隔离开关的操作次数，另外在工作人员进行检修的过程中，能够很便捷地停运断路器与相关的继电保护设施，在安全检查的过程中并不影响电力系统的正常运行，不会对电力用户的用电效果带来影响。最后，在经济性方面。在社会经济快速发展和市场竞争日益激烈的形势下，保证电气主接线设计的经济性对于水电站的发展和运行至关重要，主接线的设计要力求简单，从而来节省断路器、避雷器和电压互感器等设备设施，保证二次回路和相关继电保护装置不复杂，这样将会为水电站节省更多的成本，同时还要尽可能地限制短路电流，为选择更加经济的电气化设备奠定良好的基础，在保证水电站相关功能的同时，促使电气主接线设计朝着可靠性、灵活性和经济性的方向发展。

二、水电站电气主接线设计方案

（一）发电机电压侧接线

主变压器一直是水电站运行过程中的核心装置，技术人员需要根据水电站规模的大小来合理设计主变压器的数量，以常见的中小型水电站为例，一般有两台主变压器，这样的发电机电压侧的接线方式主要可以分为三种形式：单母线与单母线分段接线、单元接线方式和扩大单元接线方式。其一，单母线与单母线分段接线。单母线接线方式最大的特点就是接线方式较为简单，但是也有着不可忽视的弊端，如一旦母线发生了故障，那么为了保证检修人员的安全和相关电气化设备的安全性，通常需要对水电站进行全站停机，严重影响了水电站的正常运营，因此技术工作者可以采取單母线分段接线的电气设计方案，也就是将母线之间利用并联的方案来进行连接，若是其中一段母线发生了故障问题，那么只需要启用备用线路就可以实现水电站的正常工作，很好地保障了线路运行的安全性，而且单母线分段接线的方式有着各线路连接清晰的显著特点，水电站各个电气化设备之间的工作不会受到影响，在很大程度上增强了电气主接线设计的可靠性与合理性;其二，单元接线模式。这样的接线方式即是在主变压器下分别连接两个支线，一条支线需要安装厂用的变压器，另一条支线则需要安装发电机组，采取线路分流的方式大大提升了水电站主接线的可靠性，切实保障了主变压器与发电机的容量匹配，降低了由于发电机运转而导致的连接线路受热故障的现象，但是投资的成本会有一定的上升，就综合的情况而言，单元连接方式具有很强的可行性;其三，扩大单元接线。在扩大单元接线的过程中，很好地简化了电气布置，如原来需要两台主变压器，在采取扩大单元接线之后，只需要一台主变压器就能够完成相应的工作任务，即便有一台主变压器产生了故障问题，其它的备用变压器就会发挥作用，保证水电站的正常运转。

（二）升高电压侧的接线模式

通常情况下，水电站的主变压器使用两绕组变压器，这样的变压器有着较强的绝缘性能与耐高温能力，特别是在夏季，人们的用电量急剧上升，水电站承受的载荷较高，采用绕组变压器可以在很大程度上缓解水电站的运行压力。在采用升高电压侧接线方式的过程中，按照接线的不同位置，又可以分为以下三种方式：首先，变压器线路组接线。这样的接线方式有着简便的显著特点，主要是采用外加导流线路的方式来提升变压器的运转效率，相对变压器而言，连接导线的电阻基本上可以忽略不计，所以有可能出现变压器短路故障再加上主接线电气设计采用的是单线路连接，在具体维修的过程中就要全站进行停电，因此大部分水电站逐步不再采用变压器线路组接线的方式;其次，单母线和单母线分段接线。相对于发电机电压侧接线方式不同，升高电压侧单母线分段接线的成本较低，而且在实际线路中需要用到电气设备数量与种类较为单一，这样的接线方式会直接造成同一条母线负担的电流电压值降低，适用范围不太广泛。所以，在实际的水电站电气主接线的设计工作中，技术工作者可以采取某一段母线与发电机组相连的方式来达到继电保护的目的，同时也可以在母线旁边增加隔离开关，一旦其中一段母线发生了故障问题，那么隔离开关就会起到一定的保护作用，有效避免在具体检修的过程中发生断电的问题;其三，桥形连接。部分水电站采用的是“两进两出”的形式，若是利用单母线和单母线分段的方式，因为两回路之间的变压器功率不一样，电气的主接线就不可能直接连在一起，这样就会在一定程度上降低水电站的发电功率，而桥形连接则能够有效的平衡功率，以此来增强水电站电气主接线设计的合理性。

三、结论

总而言之，水电站是目前国内电力资源的主要生产方式之一。尤其是随着社会各界对于电力能源的需求不断上升，水电站承担的供电载荷有了很大提升，注重水电站电气主接线的优化设计，能够大大增强电力系统运行的安全性与稳定性，有效满足新时代水电站发电与供电等方面的需求，促使水电站安全性能与社会经济效益的同步提升，有效推动水电行业迈上新的台阶。

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