中小型水电站电气设计的探讨

2012-08-15张羽进思南县水务局

河南水利与南水北调 2012年12期

□张羽进（思南县水务局）

水电站是一个将流动的水能转化成电能的大型工程。水库具有挡水、泄水的功能，水库会将泄水引入到水电站引水系统中，经过机组的工作，将水能转化为电能，将电能导入电网带动发电厂为工业和民用供电。

1.水电站的种类

在水电站的电气设备中一般分为电气一次设备与电气二次设备两部分,还可将一次电气设备划分为发电电气设备和升压变电电气设备。常见的一次电气设备主要包括发电机和变压器,而二次电气是由电站计算机的监控系统设备、机组保护及辅机控制设备、机组励磁系统、机组状态检测系统、高压系统保护及自动装置所组成的设备。而公共的系统设备就是水电站使用的交直流控制电源系统。

2.水电站电气一次的设计

2.1 电气主接线

水电站电气一次的设计原则是取决于水电站电气系统所起到的作用来设计的。要把水文气象，构建的规模，动能的特性，接入系统的设计与布线及地质地形的运输条件等相关因素进行综合性的考虑。水电站电气一次设计中的电气主连接线的设计要从能够满足客户和能够保证质量且安全提供供电的方向上进行设计。在保证先进技术与合理经济的前提下，在设计中保证在连接线路上使用不同的颜色，线路上线与线之间保有距离，不可缠绕在一起，否则会引起电流间的干扰，影响电流的稳定性，对发电机造成伤害，维护起来难度较大。要避免连接线对任何设备在检查时所造成的影响。

2.2 发电机和主变压器

发电机与主变压器的连接采用单一变组单元连接线连接比较合理。水电站电气一次设备上的发电机都可安装断路器，保证发电机连接线出口的安全。发电机在接地时要使用变压器接地，这样做能够保证发电机不会被较强电压烧坏，发电机与变压器不可直接相连，要通过离相封闭母线连接。

2.3 快速落门控制回路

如今的中小型水电站为了机组的安全，在机组的过速接点与手动闸门的接点上设计了进水口快速落门控制回路。一种是二次电缆通道，另一种是监控系统与大坝间的光纤;在二次电缆通道的监控下，弥补了进水口快速落门时的事情发生。在选取监控系统与大坝间的光纤中不能使用线圈内阻过高的电磁阀，如果内阻过高的话，系统在运行过程中容易霉断。对于机组到进水口的电缆长度一般要在1000m 以上，水电站进水口快速门作为机组过速保护的最后一道防线，动作的正确与否，特别是如何防止其拒动，是水电站技术管理的一个重点。

2.4 500kV 的侧接线

500 kV 侧接线共有9 个回进出线，其中5 个为主变回进出线，1 个200～500kV 的联络回进出线，3 个接入为500kV 电压电网的回进出线。在回进出线中500kV 的二回进出线应全部接入到变电站，回进出线的线路总长度约为196km。500kV 的配电装置均采用SF6 全封闭式组合电器，接线采用1 倍半接线，共4串，共12 个断路器。

2.5 220kV 的侧接线

水电站的500kV 和220kV 的侧接线之间采用的是自耦式联络变接。220kV 的侧连接总共有3 个回进出线,其中1 个回进出线用于联络变进线上。其余两个直接作为220kV 的侧接线，水电站220kV 侧接线均使用单母线连接，并采用全封闭式电气组合。鉴于水电站电气一次的设计中220kV 的侧接线只有一个回进出线，所以不需要安装断路器。

3.水电站电气二次的设计

3.1 直流电源的应用

水电站的电气设备可安装直流电源，用于电气设备的机组检测、控制、维护和备用电源，电阻应为104Ω，容量为200Hz。将单母线作为直流的母线，单组蓄电池与单组充电电池都应装配在直流母线上，并设置微机检测监控点位和直流电源监控装置。维护备用电池应安装微机操控开关，以便于机组维修的方便。

3.2 交流电源的应用

水电站的电气设备在安装直流电源时也要安装交流电源，在交流电源中不用安装维护备用电池。在正常的工作中，由交流电压220V 用于设备供电，在交流电源与机组之间要安装无触点开关，一旦机组内部的交流电压发生异常时可以第一时间将电源切除，或更换使用其他的备用电源。一般无触点开关的切换时间不会超过5s。备用电源使用的是直流电，当交流电压发生异常或其他原因时，无触点开关会切断交流电，并更换上备用电源。虽然备用电源是直流电，方向是不可逆的，但可以保证在维修过程中机组的正常运行。

3.3 计算机上的监控系统

为了加强水电站电气二次设计中计算机设备的自动化监控与调节，应准确的掌握水电站电气设备中机组的详细资料，对机组运行情况做到详细了解，随时随地进行监控，以确保水电站能够实现电气设备运行和管理的自动化以及设备运行的安全性。要想保证水电站供应电能的质量，应该在水电站电气系统安全化运营上下功夫。完善水电站工作人员的工作条件，减少倒班的发生，也就是完善水电站在运营上的管理，管理的好与坏直接影响着电气系统的运营。

计算机监控系统的结构采用的是国际规定的电气系统标准,计算机监控系统的存在要能够实现与调度水情测报和泄洪闸门控制等系统的通讯，能够实现无人监控，完全式的自动化一直是水电站电气系统运行的终极目标与管理模式。计算机监控系统是由电站控制级与限制控制单元级组成的；电站控制级主要是对水电站全站电气系统设备的多时段监控和运行状态监控负责。如今限制监控单元级主要对电气设备中发电机组的安全、稳定运转等进行监控和反馈。这两个单元配合起来的优点就是如果水电站的控制级因某种故障而终止运行时，限制控制级能够正常的运行而不受电站控制级的任何影响。

电站电气二次设计中的计算机监控系统是由电站控制级与限制控制单元级两部分组成。电站电气二次设计中的计算机监控系统控制级包含一台远程通信工作站，两台主机兼操作员工作站用于热备用，一台复制打印服务机，一套卫星定位监测仪和一套连线式UPS 等。限制控制单元级主要用于控制编程方面，水电站的电气设备体积庞大，需要的程序也很复杂，限制控制级很好的解决了编程方面的弊端。

计算机控制监测系统主要用于对监测的数据进行分类处理，记录设备事故、更新、维护等各项数据，执导设备事故的处理，打印记录，安全运行监视，系统通信，电站运行维护管理，系统自诊断与自恢复，系统授权等。