中小型水電站電氣設(shè)計的探討

□張羽進(jìn)（思南縣水務(wù)局）

水電站是一個將流動的水能轉(zhuǎn)化成電能的大型工程。水庫具有擋水、泄水的功能，水庫會將泄水引入到水電站引水系統(tǒng)中，經(jīng)過機(jī)組的工作，將水能轉(zhuǎn)化為電能，將電能導(dǎo)入電網(wǎng)帶動發(fā)電廠為工業(yè)和民用供電。

1.水電站的種類

在水電站的電氣設(shè)備中一般分為電氣一次設(shè)備與電氣二次設(shè)備兩部分,還可將一次電氣設(shè)備劃分為發(fā)電電氣設(shè)備和升壓變電電氣設(shè)備。常見的一次電氣設(shè)備主要包括發(fā)電機(jī)和變壓器,而二次電氣是由電站計算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、機(jī)組保護(hù)及輔機(jī)控制設(shè)備、機(jī)組勵磁系統(tǒng)、機(jī)組狀態(tài)檢測系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)保護(hù)及自動裝置所組成的設(shè)備。而公共的系統(tǒng)設(shè)備就是水電站使用的交直流控制電源系統(tǒng)。

2.水電站電氣一次的設(shè)計

2.1 電氣主接線

水電站電氣一次的設(shè)計原則是取決于水電站電氣系統(tǒng)所起到的作用來設(shè)計的。要把水文氣象，構(gòu)建的規(guī)模，動能的特性，接入系統(tǒng)的設(shè)計與布線及地質(zhì)地形的運(yùn)輸條件等相關(guān)因素進(jìn)行綜合性的考慮。水電站電氣一次設(shè)計中的電氣主連接線的設(shè)計要從能夠滿足客戶和能夠保證質(zhì)量且安全提供供電的方向上進(jìn)行設(shè)計。在保證先進(jìn)技術(shù)與合理經(jīng)濟(jì)的前提下，在設(shè)計中保證在連接線路上使用不同的顏色，線路上線與線之間保有距離，不可纏繞在一起，否則會引起電流間的干擾，影響電流的穩(wěn)定性，對發(fā)電機(jī)造成傷害，維護(hù)起來難度較大。要避免連接線對任何設(shè)備在檢查時所造成的影響。

2.2 發(fā)電機(jī)和主變壓器

發(fā)電機(jī)與主變壓器的連接采用單一變組單元連接線連接比較合理。水電站電氣一次設(shè)備上的發(fā)電機(jī)都可安裝斷路器，保證發(fā)電機(jī)連接線出口的安全。發(fā)電機(jī)在接地時要使用變壓器接地，這樣做能夠保證發(fā)電機(jī)不會被較強(qiáng)電壓燒壞，發(fā)電機(jī)與變壓器不可直接相連，要通過離相封閉母線連接。

2.3 快速落門控制回路

如今的中小型水電站為了機(jī)組的安全，在機(jī)組的過速接點與手動閘門的接點上設(shè)計了進(jìn)水口快速落門控制回路。一種是二次電纜通道，另一種是監(jiān)控系統(tǒng)與大壩間的光纖;在二次電纜通道的監(jiān)控下，彌補(bǔ)了進(jìn)水口快速落門時的事情發(fā)生。在選取監(jiān)控系統(tǒng)與大壩間的光纖中不能使用線圈內(nèi)阻過高的電磁閥，如果內(nèi)阻過高的話，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中容易霉斷。對于機(jī)組到進(jìn)水口的電纜長度一般要在1000m 以上，水電站進(jìn)水口快速門作為機(jī)組過速保護(hù)的最后一道防線，動作的正確與否，特別是如何防止其拒動，是水電站技術(shù)管理的一個重點。

2.4 500kV 的側(cè)接線

500 kV 側(cè)接線共有9 個回進(jìn)出線，其中5 個為主變回進(jìn)出線，1 個200～500kV 的聯(lián)絡(luò)回進(jìn)出線，3 個接入為500kV 電壓電網(wǎng)的回進(jìn)出線。在回進(jìn)出線中500kV 的二回進(jìn)出線應(yīng)全部接入到變電站，回進(jìn)出線的線路總長度約為196km。500kV 的配電裝置均采用SF6 全封閉式組合電器，接線采用1 倍半接線，共4串，共12 個斷路器。

2.5 220kV 的側(cè)接線

水電站的500kV 和220kV 的側(cè)接線之間采用的是自耦式聯(lián)絡(luò)變接。220kV 的側(cè)連接總共有3 個回進(jìn)出線,其中1 個回進(jìn)出線用于聯(lián)絡(luò)變進(jìn)線上。其余兩個直接作為220kV 的側(cè)接線，水電站220kV 側(cè)接線均使用單母線連接，并采用全封閉式電氣組合。鑒于水電站電氣一次的設(shè)計中220kV 的側(cè)接線只有一個回進(jìn)出線，所以不需要安裝斷路器。

3.水電站電氣二次的設(shè)計

3.1 直流電源的應(yīng)用

水電站的電氣設(shè)備可安裝直流電源，用于電氣設(shè)備的機(jī)組檢測、控制、維護(hù)和備用電源，電阻應(yīng)為104Ω，容量為200Hz。將單母線作為直流的母線，單組蓄電池與單組充電電池都應(yīng)裝配在直流母線上，并設(shè)置微機(jī)檢測監(jiān)控點位和直流電源監(jiān)控裝置。維護(hù)備用電池應(yīng)安裝微機(jī)操控開關(guān)，以便于機(jī)組維修的方便。

3.2 交流電源的應(yīng)用

水電站的電氣設(shè)備在安裝直流電源時也要安裝交流電源，在交流電源中不用安裝維護(hù)備用電池。在正常的工作中，由交流電壓220V 用于設(shè)備供電，在交流電源與機(jī)組之間要安裝無觸點開關(guān)，一旦機(jī)組內(nèi)部的交流電壓發(fā)生異常時可以第一時間將電源切除，或更換使用其他的備用電源。一般無觸點開關(guān)的切換時間不會超過5s。備用電源使用的是直流電，當(dāng)交流電壓發(fā)生異?；蚱渌驎r，無觸點開關(guān)會切斷交流電，并更換上備用電源。雖然備用電源是直流電，方向是不可逆的，但可以保證在維修過程中機(jī)組的正常運(yùn)行。

3.3 計算機(jī)上的監(jiān)控系統(tǒng)

為了加強(qiáng)水電站電氣二次設(shè)計中計算機(jī)設(shè)備的自動化監(jiān)控與調(diào)節(jié)，應(yīng)準(zhǔn)確的掌握水電站電氣設(shè)備中機(jī)組的詳細(xì)資料，對機(jī)組運(yùn)行情況做到詳細(xì)了解，隨時隨地進(jìn)行監(jiān)控，以確保水電站能夠?qū)崿F(xiàn)電氣設(shè)備運(yùn)行和管理的自動化以及設(shè)備運(yùn)行的安全性。要想保證水電站供應(yīng)電能的質(zhì)量，應(yīng)該在水電站電氣系統(tǒng)安全化運(yùn)營上下功夫。完善水電站工作人員的工作條件，減少倒班的發(fā)生，也就是完善水電站在運(yùn)營上的管理，管理的好與壞直接影響著電氣系統(tǒng)的運(yùn)營。

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用的是國際規(guī)定的電氣系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的存在要能夠?qū)崿F(xiàn)與調(diào)度水情測報和泄洪閘門控制等系統(tǒng)的通訊，能夠?qū)崿F(xiàn)無人監(jiān)控，完全式的自動化一直是水電站電氣系統(tǒng)運(yùn)行的終極目標(biāo)與管理模式。計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是由電站控制級與限制控制單元級組成的；電站控制級主要是對水電站全站電氣系統(tǒng)設(shè)備的多時段監(jiān)控和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控負(fù)責(zé)。如今限制監(jiān)控單元級主要對電氣設(shè)備中發(fā)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)等進(jìn)行監(jiān)控和反饋。這兩個單元配合起來的優(yōu)點就是如果水電站的控制級因某種故障而終止運(yùn)行時，限制控制級能夠正常的運(yùn)行而不受電站控制級的任何影響。

電站電氣二次設(shè)計中的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是由電站控制級與限制控制單元級兩部分組成。電站電氣二次設(shè)計中的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制級包含一臺遠(yuǎn)程通信工作站，兩臺主機(jī)兼操作員工作站用于熱備用，一臺復(fù)制打印服務(wù)機(jī)，一套衛(wèi)星定位監(jiān)測儀和一套連線式UPS 等。限制控制單元級主要用于控制編程方面，水電站的電氣設(shè)備體積龐大，需要的程序也很復(fù)雜，限制控制級很好的解決了編程方面的弊端。

計算機(jī)控制監(jiān)測系統(tǒng)主要用于對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，記錄設(shè)備事故、更新、維護(hù)等各項數(shù)據(jù)，執(zhí)導(dǎo)設(shè)備事故的處理，打印記錄，安全運(yùn)行監(jiān)視，系統(tǒng)通信，電站運(yùn)行維護(hù)管理，系統(tǒng)自診斷與自恢復(fù)，系統(tǒng)授權(quán)等。

4.總結(jié)

水電站是一個將流動的水能轉(zhuǎn)化成電能的大型工程。在水電站電氣設(shè)備的實際工作中，可能涉及到很多問題，這些或多或少的與電氣設(shè)計有所關(guān)聯(lián)，能夠讓電氣設(shè)備更好的工作是設(shè)計者必須完成的工作。

[1]蔡杰,亓振平,尚澤軍,魏英華,呂清華.淺析小型水電站電氣設(shè)備的電器故障與排除[J].中國農(nóng)村水電及電氣化,2005,(Z1).

[2]李曉軍,尚現(xiàn)軍,朱峰,段崇亮.淺析小型水電站電氣設(shè)備的電器故障與排除[J].中國水運(yùn)(下半月),2011,(04).

[3]劉曉梅,班保同.西霞院水電站發(fā)電機(jī)與變壓器連接方式選擇[J].光盤技術(shù),2009,(12).

[4]徐加全,劉玉華,袁崇順.FKL—1W—33Q 可控硅勵磁裝置在跋山水電站的應(yīng)用[J].小水電,2009,(01).

[5]湯潔,孫晉東,謝傳萍.自動準(zhǔn)同期裝置在廣西紅花水電站的應(yīng)用[J].水電廠自動化,2011,(02).