談水電站電氣主接線優(yōu)化設計

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摘要:所謂水電站電氣主接線，即是將發(fā)電機、變壓器、電容器、避雷器等一次電氣設備按照事先設計的生產流程構成電能生產、轉化、輸送和分配的電氣回路，電氣主接線優(yōu)化設計是水電站電氣方面設計的重點工作之一，其優(yōu)化設計的合理性直接決定著電力系統(tǒng)與水電站的安全運行，因此，本文將簡要闡述水電站電氣主接線優(yōu)化設計的原則，并提出水電站主線路優(yōu)化設計的可行性策略，希望為水電站相關技術工作者提供有價值的參考與建議。

關鍵詞:水電站;電氣主接線;優(yōu)化設計

水電作為一種綠色能源，在國民經濟與社會建設中扮演著十分重要的角色，為了保障水電站可以安全可靠地運行，選擇技術可靠、經濟合理的電氣主接線方案就顯得尤為重要，而且在實際應用的過程中，技術工作者還需要對電氣設備選用、配電裝置布局和繼電保護進行優(yōu)化設計，這樣才能全方位保障水電站的安全經濟運行。在傳統(tǒng)的水電站電氣主線路設計過程中，主要是針對短路計算、配電裝置、無功補償以及變壓器等相關設備設施進行詳細設計，短路計算與設備的選用是傳統(tǒng)電氣設計的主要方向，針對電氣主接線方式的研究不夠透徹，而在電力技術快速發(fā)展的形勢下，電氣主接線作為一種新型的接線方式，在水電站電氣設計中得到了廣泛應用，而且在實際運行中也發(fā)揮著不可或缺的重要作用，在具體設計時強化了水電站電氣主接線設計優(yōu)化的重點。

一、水電站電氣主接線優(yōu)化設計的原則

毋庸置疑，水電站電氣主接線設計的合理性直接關系著電力系統(tǒng)、水電站的安全穩(wěn)定運行，設計人員必須要堅持可靠性、靈活性和經濟性的原則來設計水電站電氣主線路，以此來獲得最優(yōu)化的電氣主線路設計方案，為水電站的安全穩(wěn)定運行營造出良好的條件。首先，可靠性原則。可靠性是水電站設計與運行的首要要求，也是保證水電供電系統(tǒng)的基礎，通常情況下，對于水電站電氣主接線可靠性衡量的標準是在斷路器檢修過程匯總，系統(tǒng)的供電不能受到影響，而且在母線發(fā)生故障、斷路器產生問題或者母線在檢查維修的過程中，要能夠減少停運的回路數(shù)和停運時間，電氣主線路的設計方案要有利于降低或者消除發(fā)電廠、變電所停止運行的可能性。其次，在靈活性方面。水電站電氣主接線要滿足在具體調度、檢查維修和擴建過程中的靈活性，在具體開展調度工作時，技術工作者能夠靈活地投入或者切除發(fā)電機變壓器和相關線路，為事故運行模式與檢修運行模式系統(tǒng)調度創(chuàng)造條件，最大限度地降低隔離開關的操作次數(shù)，另外在工作人員進行檢修的過程中，能夠很便捷地停運斷路器與相關的繼電保護設施，在安全檢查的過程中并不影響電力系統(tǒng)的正常運行，不會對電力用戶的用電效果帶來影響。最后，在經濟性方面。在社會經濟快速發(fā)展和市場競爭日益激烈的形勢下，保證電氣主接線設計的經濟性對于水電站的發(fā)展和運行至關重要，主接線的設計要力求簡單，從而來節(jié)省斷路器、避雷器和電壓互感器等設備設施，保證二次回路和相關繼電保護裝置不復雜，這樣將會為水電站節(jié)省更多的成本，同時還要盡可能地限制短路電流，為選擇更加經濟的電氣化設備奠定良好的基礎，在保證水電站相關功能的同時，促使電氣主接線設計朝著可靠性、靈活性和經濟性的方向發(fā)展。

二、水電站電氣主接線設計方案

(一)發(fā)電機電壓側接線主變壓器一直是水電站運行過程中的核心裝置，技術人員需要根據(jù)水電站規(guī)模的大小來合理設計主變壓器的數(shù)量，以常見的中小型水電站為例，一般有兩臺主變壓器，這樣的發(fā)電機電壓側的接線方式主要可以分為三種形式:單母線與單母線分段接線、單元接線方式和擴大單元接線方式。其一，單母線與單母線分段接線。單母線接線方式最大的特點就是接線方式較為簡單，但是也有著不可忽視的弊端，如一旦母線發(fā)生了故障，那么為了保證檢修人員的安全和相關電氣化設備的安全性，通常需要對水電站進行全站停機，嚴重影響了水電站的正常運營，因此技術工作者可以采取單母線分段接線的電氣設計方案，也就是將母線之間利用并聯(lián)的方案來進行連接，若是其中一段母線發(fā)生了故障問題，那么只需要啟用備用線路就可以實現(xiàn)水電站的正常工作，很好地保障了線路運行的安全性，而且單母線分段接線的方式有著各線路連接清晰的顯著特點，水電站各個電氣化設備之間的工作不會受到影響，在很大程度上增強了電氣主接線設計的可靠性與合理性;其二，單元接線模式。這樣的接線方式即是在主變壓器下分別連接兩個支線，一條支線需要安裝廠用的變壓器，另一條支線則需要安裝發(fā)電機組，采取線路分流的方式大大提升了水電站主接線的可靠性，切實保障了主變壓器與發(fā)電機的容量匹配，降低了由于發(fā)電機運轉而導致的連接線路受熱故障的現(xiàn)象，但是投資的成本會有一定的上升，就綜合的情況而言，單元連接方式具有很強的可行性;其三，擴大單元接線。在擴大單元接線的過程中，很好地簡化了電氣布置，如原來需要兩臺主變壓器，在采取擴大單元接線之后，只需要一臺主變壓器就能夠完成相應的工作任務，即便有一臺主變壓器產生了故障問題，其它的備用變壓器就會發(fā)揮作用，保證水電站的正常運轉。

(二)升高電壓側的接線模式通常情況下，水電站的主變壓器使用兩繞組變壓器，這樣的變壓器有著較強的絕緣性能與耐高溫能力，特別是在夏季，人們的用電量急劇上升，水電站承受的載荷較高，采用繞組變壓器可以在很大程度上緩解水電站的運行壓力。在采用升高電壓側接線方式的過程中，按照接線的不同位置，又可以分為以下三種方式:首先，變壓器線路組接線。這樣的接線方式有著簡便的顯著特點，主要是采用外加導流線路的方式來提升變壓器的運轉效率，相對變壓器而言，連接導線的電阻基本上可以忽略不計，所以有可能出現(xiàn)變壓器短路故障再加上主接線電氣設計采用的是單線路連接，在具體維修的過程中就要全站進行停電，因此大部分水電站逐步不再采用變壓器線路組接線的方式;其次，單母線和單母線分段接線。相對于發(fā)電機電壓側接線方式不同，升高電壓側單母線分段接線的成本較低，而且在實際線路中需要用到電氣設備數(shù)量與種類較為單一，這樣的接線方式會直接造成同一條母線負擔的電流電壓值降低，適用范圍不太廣泛。所以，在實際的水電站電氣主接線的設計工作中，技術工作者可以采取某一段母線與發(fā)電機組相連的方式來達到繼電保護的目的，同時也可以在母線旁邊增加隔離開關，一旦其中一段母線發(fā)生了故障問題，那么隔離開關就會起到一定的保護作用，有效避免在具體檢修的過程中發(fā)生斷電的問題;其三，橋形連接。部分水電站采用的是“兩進兩出”的形式，若是利用單母線和單母線分段的方式，因為兩回路之間的變壓器功率不一樣，電氣的主接線就不可能直接連在一起，這樣就會在一定程度上降低水電站的發(fā)電功率，而橋形連接則能夠有效的平衡功率，以此來增強水電站電氣主接線設計的合理性。

三、結論

總而言之，水電站是目前國內電力資源的主要生產方式之一。尤其是隨著社會各界對于電力能源的需求不斷上升，水電站承擔的供電載荷有了很大提升，注重水電站電氣主接線的優(yōu)化設計，能夠大大增強電力系統(tǒng)運行的安全性與穩(wěn)定性，有效滿足新時代水電站發(fā)電與供電等方面的需求，促使水電站安全性能與社會經濟效益的同步提升，有效推動水電行業(yè)邁上新的臺階。

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作者：劉志欣 單位：哈爾濱電機廠有限責任公司