水电站电气一次设计特点研究

董卓识 哈尔滨电机厂有限责任公司

水电站电气工程设计包括电气一次设计和二次设计，其中电气一次设计中的接线和设备等方面的选择都会直接影响到水电站的发电效率和发电模式，作为发供电的主要组成部分，作为发电系统中的主要承载力量，电气一次设计关系到电气系统的可靠性和安全性。

一、水电站基本情况

除了大型水电站需要特殊选址以外，一般中小型水电站都会选择建设在比较偏远的山区地带，负荷比较小，所以会采用就近升压的方式。而且由于电站发电机出口的电压是400伏，所以近区的负荷可以由发电机直接供给。由于调速器不具备自动调频的功能，因此主接线方式就变为兀接线方式。

二、电气主接线设计

水电站电气一次设计依据是由电气系统主要所发挥的作用来决定的，要综合考虑到天文气象、动能特性、构建规模、布线设计、地形条件和运输情况等等细节性的因素。在电气一次设计中的电气主连接线设计需要考虑到保质保量满足客户需求以及安全供电的基础上进行设计，针对中小型发电站的主接线我们要求要满足以下条件：一是在经济运行许可的前提下应用先进技术，让连接线路使用不同颜色，为避免电流干扰，线路上线彼此之间留有距离不缠绕，以保证电流稳定性。二是当机组出现故障维修或是低负荷运行状态的时期，都很有可能要停机，为最大程度避免发电机停机的发生，我们要尽量选择发电机直接或间接并列的使用方式，从而保证有可靠电源。对于并列在一起的元件如果能够在正常的运行状态下不受到干扰，一旦某一个元件出现故障，只需要简单的切除故障点回路即可。三是发电机接地变压器是电气主接线设计的核心部分，一方面可以有效限制因接地电弧产生的过电压值，另一方面有效避免发生谐振过点现象。

三、厂用电接线设计

一般发电机电压母线和变压器要连接的时候我们都要考虑当母线发生故障时能否保证大多数机组的正常运行和生产效率，一般中小型水电站都会采用10KW—110KW的变压器，这种规格下的变压器供电容量较小，也不需要频繁切换，所以我们采用熔断器作为高压保护装备。在使用的时候，厂用电母线分段处理将用电负荷均匀分布在两端母线上，保证每段母线都有独立工作的电源和备用电源，并且能保证出现事故后断电能自动连接继续运行。小型水电站的单机容量都比较小，一般只需要安装一个厂用电源，考虑到经济效益，在接线中应最大程度缩短负荷供电线路。但如果是在负荷集中的地方建议要设置配电箱，能将生产过程中产生的负荷接到配电箱上。

四、电气一次设备选型

电气一次设备作为水电站的主要组成部分，尤其在当前先进科学技术不断发展的前提下，水电站包括运行、监管等都趋向了智能化操作，所以电气一次设备在选用和设计上也最大程度地靠拢智能化系统。为了让电气一次设备实现全面智能化，就必须落实到各种组件和融合工作的智能化。所以我们一般定义下的智能组件就是由智能终端、合并单元和状态监测三部分组成，它们三个实现了可靠性强、抗干扰能力强、使用寿命长和监测灵敏度高等优点。

智能终端：智能终端常常采用电缆或是光缆跟一次设备连接，这样能有效接受来自断路器、电压传感器等一次设备发出的位置状态和信息。当一次设备发出故障信息后，智能终端能够及时作出反应向电气一次设备传递跳闸指令，以避免因为故障而对其他设备进一步的损害，同时再进一步对一次设备进行调整维修。这一套程序需要智能终端支持三相跳闸、指令连锁、分项跳闸等GOOSE命令以及遥控分合命令，以达到对电气一次设备的保护目的。

合并单元：合并集成电路芯片和各种互感器组成了合并单元，它所发挥的作用就是利用互感器来实时接收水电站整个电力系统的电流电压瞬时值，通过分析和处理来保证所获得的电流电压值的有效性，再进一步转送到测控装置来监测和保护电力系统。此外合并单元还要保留足够的数据输出口，与其他智能组件建立通信通道，在必要的时候外接自动化装置来进一步催化其他功能。

状态监测：状态监测装置需要最基本的数据接收和发送功能，信息采集和处理功能以及控制发布指令的功能。它主要负责监测避雷器状态、机构状态和局部放电。在安装时可以将状态监测外置或内置在设备上。需要工作人员注意的是选择传感器时应该尽量选择体积小、寿命长、灵敏度等都高于设备的传感器。

五、结语

本文围绕在保证水电站整体运行质量的情况下着重探讨电气一次设计的原则和特点，尤其在当前智能化技术引入的前提下，无论是设计方法、设备选型等方面都需要综合考虑。合理清晰的电气一次设计能有效节省运行成本，提高经济效益，具有一定的应用价值和推广价值。