水電站電氣設(shè)計(jì)問(wèn)題的探討

鐘亞平

摘 要 水電站電氣設(shè)計(jì)方式對(duì)水電站運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性有著直接的影響，而電氣設(shè)計(jì)在水電站中的應(yīng)用可以分為如下幾個(gè)方面：利用高壓限流熔斷器的組合方式來(lái)對(duì)電氣進(jìn)行保護(hù)、接地方式、二次斷線保護(hù)閉鎖以及進(jìn)水口回路的控制上等。文章主要針對(duì)上述這些問(wèn)題進(jìn)行探討和淺析，綜合分析這些問(wèn)題有助于提高水電站整體運(yùn)行的效率，是利用技術(shù)優(yōu)勢(shì)解決經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題的有利方式。

關(guān)鍵詞 水電站；電氣設(shè)計(jì)；熔斷器

中圖分類號(hào)：TV734 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）03-0159-01

1 保護(hù)裝置

高壓限流熔斷器在長(zhǎng)期的實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)中被認(rèn)定為針對(duì)變壓器分支等短路容量大的部位最有效也是最快速的廠用變壓器，其主要原因在于它特有的性能，即較強(qiáng)的開(kāi)斷能力、較小的截流值、較短的動(dòng)作時(shí)間以及較好的速動(dòng)性。此種高壓是在限流熔斷器中設(shè)置一個(gè)含有氧化鋅的電阻，從而達(dá)到對(duì)電氣設(shè)備在斷電流狀況下的保護(hù)。一般來(lái)說(shuō)，大機(jī)組是不使用斷路器的，是由于此處的短路開(kāi)斷電流非常的大，是全場(chǎng)發(fā)電容量和系統(tǒng)電流的總和，因此，此處由于電流的問(wèn)題，造成出口斷路器在短路情況下的開(kāi)斷電流較小，而不可使用斷路器。在水電站電氣設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用中，高壓熔斷器能夠快速控制短路電流，并且能夠迅速將短路電流控制在2.5 ms以內(nèi)，而基于保護(hù)變壓器的高壓側(cè)，避免對(duì)發(fā)電機(jī)和主變壓器以及母線造成損傷，則將截?cái)嚯娏鞯姆秶刂圃诙搪冯娏鞯?5%以內(nèi)。另外，為了避免低壓側(cè)故障從而使得限流熔斷器產(chǎn)生越級(jí)跳閘現(xiàn)象而擴(kuò)大事故范圍，限流熔斷器應(yīng)當(dāng)挑選高廠變低壓側(cè)最大短路電流在高壓側(cè)中的對(duì)應(yīng)值的熔斷器熔斷時(shí)間大于在低壓側(cè)中10 kV左右，并使得各分支的負(fù)荷量大于電流承受量的總和，充分考慮它們的配合問(wèn)題。

2 中性點(diǎn)接地方式

中性點(diǎn)接地方式中最常用的一種就是接地變壓器接地的方式，這種方式也是目前眾多水電站所普遍采用的一種接地方式。此種方式的優(yōu)點(diǎn)在于，發(fā)電機(jī)的接地故障為單向時(shí)，接地電容性電流就會(huì)大于允許值，所以必須對(duì)跳發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)進(jìn)行相應(yīng)的處理。在以往的實(shí)際操作中，一般是采取消弧線圈接地方式進(jìn)行，這種方式接地的電流較小，在發(fā)電機(jī)發(fā)生單相接地的故障時(shí)，就可以免去跳發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)的步驟，只要通過(guò)信號(hào)發(fā)送即可，再由相關(guān)電氣設(shè)備運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行操作。

在關(guān)系密切的發(fā)電機(jī)電壓中，中性點(diǎn)接地電壓的單相接電壓和發(fā)電機(jī)運(yùn)行頻率這兩個(gè)重要因素相互作用，在并網(wǎng)發(fā)電的臨時(shí)故障處理中充當(dāng)重要角色，使得綜合接地電流有效減小，從而使得發(fā)電機(jī)在這種狀態(tài)下就不用跳開(kāi)關(guān)。在接收到信號(hào)后，相關(guān)操作員在向調(diào)度匯報(bào)的同時(shí)開(kāi)啟發(fā)電機(jī)的備用機(jī)組來(lái)轉(zhuǎn)移負(fù)荷，當(dāng)事故發(fā)電機(jī)的負(fù)荷減小到零的時(shí)候，立即將發(fā)電機(jī)的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，并進(jìn)行停機(jī)處理。若單相接地模式下發(fā)電機(jī)發(fā)生故障，并處于額定負(fù)荷下時(shí)，對(duì)跳開(kāi)關(guān)直接進(jìn)行關(guān)閉，則會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)以及其機(jī)組中的軸系設(shè)備都會(huì)造成一定程度的損壞。另外，對(duì)于我國(guó)現(xiàn)有的備用電容量較小的情況來(lái)說(shuō)，在發(fā)電機(jī)的接地出現(xiàn)故障時(shí)這種直接的處理方式也不利于整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)。

3 二次斷線保護(hù)閉鎖

二次斷線保護(hù)閉鎖即微型機(jī)縱差保護(hù)TA二次斷線保護(hù)閉鎖，在大型發(fā)電機(jī)以及主變壓器中這種保護(hù)設(shè)置的設(shè)計(jì)至少要在兩套以上。一般來(lái)說(shuō)，這種保護(hù)設(shè)計(jì)有七種，即：發(fā)電機(jī)完全差動(dòng)、發(fā)電機(jī)不完全差動(dòng)、發(fā)電機(jī)不完全大差動(dòng)、主變差動(dòng)、主變大差動(dòng)、發(fā)電機(jī)高靈敏單元件橫差以及主變瓦斯。發(fā)電機(jī)以及發(fā)電機(jī)的母線和出口開(kāi)關(guān)，甚至包括主變壓器都能夠在這種保護(hù)措施下進(jìn)行安全運(yùn)行。要進(jìn)行保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)就要取不同的TA，這就可以對(duì)縱差保護(hù)TA二次斷線保護(hù)閉鎖進(jìn)行完美的實(shí)現(xiàn)。若要做好一整套完整的保護(hù)系統(tǒng)，則在此閉鎖保護(hù)系統(tǒng)后至少再設(shè)計(jì)添加一套保護(hù)程序，保證發(fā)電機(jī)及其主變壓器的安全運(yùn)行。另外，縱差保護(hù)TA二次斷線閉鎖程序應(yīng)當(dāng)設(shè)置信號(hào)發(fā)射裝置以確保設(shè)備的安全，相關(guān)設(shè)備檢修和操作程序員應(yīng)當(dāng)定時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行停機(jī)檢修。

4 進(jìn)水口回路控制

基于安全因素的考慮，水電站中一般會(huì)對(duì)機(jī)組的機(jī)械過(guò)速點(diǎn)和機(jī)械的手動(dòng)落門接點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)計(jì)：一是常規(guī)狀況下的二次電纜通道；二是大壩到水電站監(jiān)控系統(tǒng)之間的光纖。有些水電站廠房離進(jìn)水口距離較遠(yuǎn)，使得進(jìn)水口到機(jī)組的電纜長(zhǎng)度長(zhǎng)達(dá)兩千米，若采用常規(guī)二次電纜控制落快速門電磁閥，就很有可能造成次電磁閥故障，產(chǎn)生電磁閥動(dòng)作故障。例如，用橫截面積為2.5毫米的二次電纜，又采用內(nèi)阻為五十Q的線圈落快速門電磁閥，此時(shí)電纜已經(jīng)分壓約1/4，但一般來(lái)說(shuō)，電磁閥的工作電壓必須在1/5的范圍內(nèi)波動(dòng)，此時(shí)落快速門電磁閥動(dòng)作顯然是不可靠的。在選用電磁閥線圈內(nèi)阻的時(shí)候需要考慮分壓?jiǎn)栴}，一般采用20到4000歐姆的內(nèi)阻。由于高內(nèi)阻的電磁閥的線徑太細(xì)，容易經(jīng)常出現(xiàn)霉斷的現(xiàn)象，因此不能選用線圈內(nèi)阻過(guò)高的電磁閥。進(jìn)水口到機(jī)組距離達(dá)到一千米以上的，應(yīng)當(dāng)按照5%的比例考慮電纜電阻的分壓?jiǎn)栴}較為合理。水電站進(jìn)水口快速門是機(jī)組過(guò)速保護(hù)的最后一道屏障，在防止其拒動(dòng)上的設(shè)置是水電站電氣設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

5 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與水車保護(hù)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代化水電廠必備的設(shè)備系統(tǒng)，其主要功能包括對(duì)水車的保護(hù)以及監(jiān)控和順序的掌控，這些功能中最為重要的是水車保護(hù)功能，這一功能對(duì)機(jī)組的安全保護(hù)起到?jīng)Q定性作用，然后是監(jiān)控操作保護(hù)，再然后則是順序的控制保護(hù)功能。在最重要的保護(hù)方式中，這一功能的實(shí)現(xiàn)一般是通過(guò)計(jì)算機(jī)的計(jì)算運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的，主要依靠監(jiān)控系統(tǒng)的邏輯判斷以及推導(dǎo)能力。通過(guò)對(duì)上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)等瓦溫等值的推導(dǎo)、出口的推理、和限定實(shí)現(xiàn)對(duì)超標(biāo)信號(hào)的報(bào)警，以便在發(fā)生事故時(shí)，能夠在第一時(shí)間進(jìn)行停機(jī)處理以保障機(jī)組的運(yùn)行安全，防止對(duì)事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。

6 結(jié)束語(yǔ)

有關(guān)水電站電氣設(shè)計(jì)的問(wèn)題主要還是集中在對(duì)于機(jī)組的保護(hù)上，通過(guò)發(fā)電機(jī)接地方式的保護(hù)、高壓限流熔斷器組合保護(hù)、水車保護(hù)以及對(duì)回路控制的保護(hù)等措施，對(duì)機(jī)組在故障情況下的緊急停機(jī)處理起到了快速的信號(hào)傳達(dá)和保護(hù)作用。在對(duì)這些水電站保護(hù)措施的電氣設(shè)計(jì)上的設(shè)計(jì)要遵循一般的設(shè)計(jì)原理，并根據(jù)實(shí)際的操作問(wèn)題在原則允許范圍內(nèi)，提出相應(yīng)的解決方案，使得水電站電氣設(shè)備能夠在安全的環(huán)境下運(yùn)行。

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