小型水電站的電氣工程設(shè)計探析

1、    小型水電站的電氣工程設(shè)計探析    魏鴦鴦 胡長勇【摘要】隨著時代的發(fā)展，科學(xué)的進(jìn)步，我國的電力系統(tǒng)也在向著智能化、綠色化發(fā)展。近年來，小型水電站作為新型的清潔型能源，越來越受到國家的重視。建設(shè)小型水電站的投資花費(fèi)少、工期短、收效快，發(fā)展速度也越來越快，技術(shù)水平也在逐步提升。下面我們針對小型水電站的電氣設(shè)計進(jìn)行介紹?！娟P(guān)鍵詞】小型水電站；電氣設(shè)計；問題探討一、小型水電站電氣設(shè)計的種類小型水電站的電氣設(shè)計中一般分為電氣一次設(shè)計和電氣二次設(shè)計兩部分。（一）電氣一次設(shè)計小型水電站的電氣一次設(shè)計比較簡單，主要是指對發(fā)電機(jī)和變壓器等接線方式進(jìn)行設(shè)計，電氣一

2、次設(shè)計接線的回路較少，主接線發(fā)電機(jī)側(cè)多采用單元接線、擴(kuò)大單元接線、單母線接線。水電站年負(fù)荷利用小時數(shù)一般不高，機(jī)組滿發(fā)時間較短，為減少主變壓器損耗，多采用2臺主變。（二）電氣二次設(shè)計小型水電站的電氣二次設(shè)計中包括多個系統(tǒng)，勵磁系統(tǒng)、信號控制測量系統(tǒng)、同期系統(tǒng)、操作電源，繼電保護(hù)以及輔助設(shè)備的自動化設(shè)計。低壓機(jī)組一體化控制屏是專為低壓組水電站設(shè)計，控制屏由發(fā)電機(jī)出口斷路器、勵磁組件、智能控制裝置、儀表等組成，實現(xiàn)了將一臺水輪發(fā)電機(jī)組的一、二次設(shè)備優(yōu)化配置在一面屏中。屏體采用全封閉結(jié)構(gòu)，具有較高的防護(hù)等級?？刂破凉δ荦R全，操作簡單，適用于單機(jī)容量1000kw以下的低壓水輪發(fā)電機(jī)組。整套設(shè)備在廠家均

3、經(jīng)過完整測試，現(xiàn)場安裝后即可投入運(yùn)行，簡化聯(lián)調(diào)工作，降低了調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)成本。二、小型水電站電氣設(shè)計中需注意的問題（一）發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)接地方式中性線中的電流是相線電流的三倍，中性線引出時會形成環(huán)流，同時伴隨著零序電流，電流過多很容易導(dǎo)致線路被燒壞，發(fā)電機(jī)的工作也會受到影響，所以，電氣設(shè)計時應(yīng)采用三相四線接線方式能夠使中性點(diǎn)直接接地，滿足變壓和照明要求，這種方式通常會應(yīng)用到主變壓側(cè)接線當(dāng)中。有時發(fā)電機(jī)的中點(diǎn)線被要求不可引出，可以改用三相三線接線方式。（二）電氣一次設(shè)備選取和布置在布置一次設(shè)備的機(jī)組時一般采用機(jī)旁現(xiàn)地的方式，這種布置方法能夠有效節(jié)約空間。在布置變壓器時，則要綜合考慮現(xiàn)有的安裝手段，

4、選用科學(xué)合理的方式，如室外中式桿上布置法，這種方法能夠有效節(jié)約花費(fèi)。但是當(dāng)水電站室外空間有限的時候就不適合采用這種方式了，可以改用室內(nèi)布置法。（三）變壓器保護(hù)變壓器的保護(hù)方式選擇要綜合考慮變壓器的容量的大小，小于400kva的采用高壓跌落保險，而大于400kva的采用定時限特性的瞬時電流速斷和過流保護(hù)。（四）小型水電站的互感器設(shè)計互感器可以分為電流互感器和電壓互感器兩種，電流互感器可以保護(hù)變電站正常運(yùn)行和計算電流量。在進(jìn)行小型水電站電氣設(shè)計時，要對斷路器的互感器進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)計，主要因為它的容量小、精度低且不穩(wěn)定。小型水電站斷路路并網(wǎng)兩端的電壓互感器的作用是監(jiān)測和計量變電站高壓電壓，可以保證電壓

5、的頻率和電壓值。（五）小型水電站發(fā)電設(shè)備自動控制設(shè)計小型水電站發(fā)電設(shè)備自動控制的設(shè)計包括水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)組及其它輔助裝置的自動化或半自動化設(shè)計。如果小型水電站的自動控制設(shè)計不合理則水電站將不能實現(xiàn)自動開關(guān)機(jī)，水輪機(jī)不能根據(jù)實際水流情況進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，繼電保護(hù)裝置也將失去保護(hù)作用。小型水電站只有把人工操作的過程盡量簡化，自動化操作貫穿水電站工作的整個過程才能保證水電站的效率。三、電氣主接線及短路電流的計算復(fù)核（一）電氣主接線進(jìn)行增效擴(kuò)容改造的電站均已運(yùn)行多年，送出工程及與系統(tǒng)連接地點(diǎn)已經(jīng)確定，變動的可能性不大，對電站的接入系統(tǒng)不必再進(jìn)行論證，所以只要現(xiàn)有主接線相對合理，在增效擴(kuò)容改造中可維持原主接線

6、方案不變，只需根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范和短路電流計算成果，對機(jī)組容量進(jìn)行復(fù)核和選擇設(shè)備即可。對個別電站由于多次修改，改變了原設(shè)計的主接線形式，增加或減少了部分設(shè)備，改變了布置，形成現(xiàn)有不合理的接線方式，造成重復(fù)容量大、損耗高、繼電保護(hù)復(fù)雜、設(shè)備配置不合理等，或現(xiàn)有接線方式不適應(yīng)目前電力系統(tǒng)要求，對這種情況應(yīng)在設(shè)計過程中對主接線方案進(jìn)行優(yōu)化比選，同時復(fù)核送出線路的輸送容量和電壓降是否滿足增效擴(kuò)容的要求，復(fù)核電站內(nèi)部電流互感器變比、電氣設(shè)備動、熱穩(wěn)定和開斷電流等能否滿足要求?；驹瓌t是送出電壓等級和接入系統(tǒng)點(diǎn)不改變，否則投入資金會相應(yīng)增加比較多，浪費(fèi)比較嚴(yán)重。 如果改變了主接線的接線方式或運(yùn)行方式，涉及到電力

7、系統(tǒng)的計量、保護(hù)方式和保護(hù)整定值等問題，需要與電力系統(tǒng)調(diào)度部門共同協(xié)商。（二）短路電流早期投入的水電站當(dāng)時電力系統(tǒng)容量較小，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，電力系統(tǒng)的容量大為增加，結(jié)構(gòu)也有很大的變化，網(wǎng)絡(luò)在不斷加強(qiáng)，同時由于發(fā)電機(jī)的改造，電氣參數(shù)也會發(fā)生變化。因此，有必要根據(jù)目前電力系統(tǒng)的參數(shù)，或今后510年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃和改造后機(jī)組的參數(shù)，對短路電流進(jìn)行重新復(fù)核計算。依據(jù)復(fù)核計算結(jié)果來復(fù)核現(xiàn)有電氣設(shè)備的開斷能力，或重新選擇電氣設(shè)備的型式和參數(shù)。一般情況下，嚴(yán)重老化設(shè)備、高耗能設(shè)備和淘汰設(shè)備會隨著機(jī)組增效擴(kuò)容一起進(jìn)行更換，以提高電站運(yùn)行的安全性，減少維護(hù)工作量，增加電站經(jīng)濟(jì)效益，保證新更新的電氣設(shè)備能適應(yīng)

8、電力系統(tǒng)的發(fā)展和長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。四、電氣設(shè)備的選擇與布置1995年以前的中小型水電站，由于受當(dāng)時技術(shù)水平和建設(shè)資金的限制，電氣設(shè)備存在性能較差、安全性不符合現(xiàn)要求、維護(hù)工作量大以及備品備件難以購買等問題。例如，低壓開關(guān)柜多為ggd型或更老的bsl型等，開關(guān)和保護(hù)設(shè)備為dw系列或dz10系列，而更多的是采用熔斷器保護(hù)；10kv設(shè)備采用gg-1a開關(guān)柜配sn10少油斷路器，或早期的真空斷路器；35kv設(shè)備采用dw6、dw8等系列的多油斷路器，或gbc戶內(nèi)型高壓開關(guān)柜；110kv設(shè)備采用sw3、sw6及sw7少油型斷路器；變壓器采用slj1或sf7型等。這些設(shè)備是目前國家已明令禁止使用的產(chǎn)品，開斷

9、電流小，損耗大，不環(huán)保，由于諸多原因長期帶病運(yùn)行，嚴(yán)重影響電站和電網(wǎng)的安全，因此對這些電氣設(shè)備進(jìn)行更新?lián)Q代是十分必要的。 電氣設(shè)備的選擇應(yīng)按照安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、維護(hù)簡單方便和經(jīng)濟(jì)合理的原則進(jìn)行，并應(yīng)適應(yīng)農(nóng)村水電站的特點(diǎn)。對電氣設(shè)備應(yīng)根據(jù)增效擴(kuò)容后的參數(shù)和短路電流計算結(jié)果來選取，而不應(yīng)延用舊設(shè)備的參數(shù)來確定新設(shè)備的參數(shù)，這樣可保證更換的電氣設(shè)備能適應(yīng)目前和將來系統(tǒng)發(fā)展的要求。由于設(shè)備基礎(chǔ)、支架、房間的尺寸和開關(guān)站的位置均保持不變，因此在選擇電氣設(shè)備型式時還應(yīng)考慮這些因素，盡可能多地利用已有基礎(chǔ)或僅做小改動。五、結(jié)語針對目前社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的環(huán)境下，小型水電站的發(fā)展越來越快，為了緊跟小水電的前進(jìn)腳步，我們要重視水輪發(fā)電機(jī)和電氣設(shè)備的改造，做好小型水電站的增效擴(kuò)容設(shè)計。好的小型水電站的電氣改造設(shè)計不僅可以提高水電站的綜合