关于水电站电气主接线及变电站主变保护设计研究

毛科峰 李达

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;保护设计

一、前言

可靠的电力供应在工程建设领域中较为关键，能够影响工程项目的施工能否顺利进行。在水利工程中，应该多采用现代化的电力自动化控制技术、机电一体化技术和供电系统技术，以保证水利工程的施工自动化水平和施工质量，提高水利工程的整体效益。

二、水电站电气主接线保护方案

（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单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離开关，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;

三、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。

四、水电站主接线电气设计方案

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线出现故障，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。

（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。

（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。

五、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。电气设备是水电站电力系统的重要组成部分，其稳定性与安全性直接决定着电力网络的运行状况，如何降低和消除过电压带来的损害关系着水电站的发展成效。因此，作为新时代的水电站技术工作者要发现水电站电气过电压种类与产生原因，并采取先进的过电压保护技术保障电气化设备不受到损害，这样才能确保水电站运行的安全性与稳定性，为社会经济发展提供更加稳定的电力能源支持。

参考文献

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