水电站电气设计问题的探讨

钟亚平

摘 要 水电站电气设计方式对水电站运行的稳定性和可靠性有着直接的影响，而电气设计在水电站中的应用可以分为如下几个方面：利用高压限流熔断器的组合方式来对电气进行保护、接地方式、二次断线保护闭锁以及进水口回路的控制上等。文章主要针对上述这些问题进行探讨和浅析，综合分析这些问题有助于提高水电站整体运行的效率，是利用技术优势解决经济效益问题的有利方式。

关键词 水电站；电气设计；熔断器

中图分类号：TV734 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0159-01

1 保护装置

高压限流熔断器在长期的实际操作实验中被认定为针对变压器分支等短路容量大的部位最有效也是最快速的厂用变压器，其主要原因在于它特有的性能，即较强的开断能力、较小的截流值、较短的动作时间以及较好的速动性。此种高压是在限流熔断器中设置一个含有氧化锌的电阻，从而达到对电气设备在断电流状况下的保护。一般来说，大机组是不使用断路器的，是由于此处的短路开断电流非常的大，是全场发电容量和系统电流的总和，因此，此处由于电流的问题，造成出口断路器在短路情况下的开断电流较小，而不可使用断路器。在水电站电气设计实际应用中，高压熔断器能够快速控制短路电流，并且能够迅速将短路电流控制在2.5 ms以内，而基于保护变压器的高压侧，避免对发电机和主变压器以及母线造成损伤，则将截断电流的范围控制在短路电流的15%以内。另外，为了避免低压侧故障从而使得限流熔断器产生越级跳闸现象而扩大事故范围，限流熔断器应当挑选高厂变低压侧最大短路电流在高压侧中的对应值的熔断器熔断时间大于在低压侧中10 kV左右，并使得各分支的负荷量大于电流承受量的总和，充分考虑它们的配合问题。

2 中性点接地方式

中性点接地方式中最常用的一种就是接地变压器接地的方式，这种方式也是目前众多水电站所普遍采用的一种接地方式。此种方式的优点在于，发电机的接地故障为单向时，接地电容性电流就会大于允许值，所以必须对跳发电机开关进行相应的处理。在以往的实际操作中，一般是采取消弧线圈接地方式进行，这种方式接地的电流较小，在发电机发生单相接地的故障时，就可以免去跳发电机开关的步骤，只要通过信号发送即可，再由相关电气设备运行维护人员进行操作。

在关系密切的发电机电压中，中性点接地电压的单相接电压和发电机运行频率这两个重要因素相互作用，在并网发电的临时故障处理中充当重要角色，使得综合接地电流有效减小，从而使得发电机在这种状态下就不用跳开关。在接收到信号后，相关操作员在向调度汇报的同时开启发电机的备用机组来转移负荷，当事故发电机的负荷减小到零的时候，立即将发电机的开关断开，并进行停机处理。若单相接地模式下发电机发生故障，并处于额定负荷下时，对跳开关直接进行关闭，则会对发电机以及其机组中的轴系设备都会造成一定程度的损坏。另外，对于我国现有的备用电容量较小的情况来说，在发电机的接地出现故障时这种直接的处理方式也不利于整个系统的维护。

3 二次断线保护闭锁

二次断线保护闭锁即微型机纵差保护TA二次断线保护闭锁，在大型发电机以及主变压器中这种保护设置的设计至少要在两套以上。一般来说，这种保护设计有七种，即：发电机完全差动、发电机不完全差动、发电机不完全大差动、主变差动、主变大差动、发电机高灵敏单元件横差以及主变瓦斯。发电机以及发电机的母线和出口开关，甚至包括主变压器都能够在这种保护措施下进行安全运行。要进行保护装置的设计就要取不同的TA，这就可以对纵差保护TA二次断线保护闭锁进行完美的实现。若要做好一整套完整的保护系统，则在此闭锁保护系统后至少再设计添加一套保护程序，保证发电机及其主变压器的安全运行。另外，纵差保护TA二次断线闭锁程序应当设置信号发射装置以确保设备的安全，相关设备检修和操作程序员应当定时对发电机进行停机检修。

4 进水口回路控制

基于安全因素的考虑，水电站中一般会对机组的机械过速点和机械的手动落门接点进行单独的设计：一是常规状况下的二次电缆通道；二是大坝到水电站监控系统之间的光纤。有些水电站厂房离进水口距离较远，使得进水口到机组的电缆长度长达两千米，若采用常规二次电缆控制落快速门电磁阀，就很有可能造成次电磁阀故障，产生电磁阀动作故障。例如，用横截面积为2.5毫米的二次电缆，又采用内阻为五十Q的线圈落快速门电磁阀，此时电缆已经分压约1/4，但一般来说，电磁阀的工作电压必须在1/5的范围内波动，此时落快速门电磁阀动作显然是不可靠的。在选用电磁阀线圈内阻的时候需要考虑分压问题，一般采用20到4000欧姆的内阻。由于高内阻的电磁阀的线径太细，容易经常出现霉断的现象，因此不能选用线圈内阻过高的电磁阀。进水口到机组距离达到一千米以上的，应当按照5%的比例考虑电缆电阻的分压问题较为合理。水电站进水口快速门是机组过速保护的最后一道屏障，在防止其拒动上的设置是水电站电气设计的关键。

5 计算机监控系统与水车保护

计算机监控系统是现代化水电厂必备的设备系统，其主要功能包括对水车的保护以及监控和顺序的掌控，这些功能中最为重要的是水车保护功能，这一功能对机组的安全保护起到决定性作用，然后是监控操作保护，再然后则是顺序的控制保护功能。在最重要的保护方式中，这一功能的实现一般是通过计算机的计算运行实现的，主要依靠监控系统的逻辑判断以及推导能力。通过对上导、下导、水导等瓦温等值的推导、出口的推理、和限定实现对超标信号的报警，以便在发生事故时，能够在第一时间进行停机处理以保障机组的运行安全，防止对事故的进一步扩大。

6 结束语

有关水电站电气设计的问题主要还是集中在对于机组的保护上，通过发电机接地方式的保护、高压限流熔断器组合保护、水车保护以及对回路控制的保护等措施，对机组在故障情况下的紧急停机处理起到了快速的信号传达和保护作用。在对这些水电站保护措施的电气设计上的设计要遵循一般的设计原理，并根据实际的操作问题在原则允许范围内，提出相应的解决方案，使得水电站电气设备能够在安全的环境下运行。

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