水电站电气主接线优化设计探讨

水电站电气主接线优化设计探讨

莫春薇

南宁交通资产管理有限责任公司 广西南宁市 530000

摘要：目前，我国经济发展十分迅速，水电站的建设也在加快。而电气主接线就是将发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电容器、互感器和避雷器等一次电气设备按照预期的生产流程构成的电能生产、转化、输送和分配的电气回路。其设计是大中小型水电站电气部分设计的重要组成之一，直接影响各种电气设备的选择、配电装置的布置以及继电保护的确定，对于建成后水电站的安全经济运行有着至关重要的作用。

关键词：水电站电气主接线;优化设计

引言

水电作为一种绿色能源，在国民经济与社会建设中扮演着十分重要的角色，为了保障水电站可以安全可靠地运行，选择技术可靠、经济合理的电气主接线方案就显得尤为重要，而且在实际应用的过程中，技术工作者还需要对电气设备选用、配电装置布局和继电保护进行优化设计，这样才能全方位保障水电站的安全经济运行。在传统的水电站电气主线路设计过程中，主要是针对短路计算、配电装置、无功补偿以及变压器等相关设备设施进行详细设计，短路计算与设备的选用是传统电气设计的主要方向，针对电气主接线方式的研究不够透彻，而在电力技术快速发展的形势下，电气主接线作为一种新型的接线方式，在水电站电气设计中得到了广泛应用，而且在实际运行中也发挥着不可或缺的重要作用，在具体设计时强化了水电站电气主接线设计优化的重点。

1水电站主接线电气设计特点

（1）对于一些中小型规模的水电站来说，其接入系统的接线方式比较简单，电压等级通常以110kV和35kV为主。由于水电站距离负荷区相对较近，因此主接线的回路较少；（2）多数水电站的选址多以山区为主，因此周边地形相对复杂。对于水电站中的一些大型设备，在安装和电气设计时可能会受到限制。为了确保水电站主接线电气设计的安全性和可靠性，需要优先考虑使用SF6组合电器。（3）根据水电站装机容量的大小，确定电气主接线的设计方案。如果水电站的装机容量较大，需要从电站升高电压侧接入主接线。反之，如果水电站装机容量较小，考虑到电能损耗等问题，通常需要将一台厂用变压器接入到主接线的母线上。

2水电站电气主接线优化设计的原则

首先，可靠性原则。可靠性是水电站设计与运行的首要要求，也是保证水电供电系统的基础，通常情况下，对于水电站电气主接线可靠性衡量的标准是在断路器检修过程汇总，系统的供电不能受到影响，而且在母线发生故障、断路器产生问题或者母线在检查维修的过程中，要能够减少停运的回路数和停运时间，电气主线路的设计方案要有利于降低或者消除发电厂、变电所停止运行的可能性。其次，在灵活性方面。水电站电气主接线要满足在具体调度、检查维修和扩建过程中的灵活性，在具体开展调度工作时，技术工作者能够灵活地投入或者切除发电机变压器和相关线路，为事故运行模式与检修运行模式系统调度创造条件，最大限度地降低隔离开关的操作次数，另外在工作人员进行检修的过程中，能够很便捷地停运断路器与相关的继电保护设施，在安全检查的过程中并不影响电力系统的正常运行，不会对电力用户的用电效果带来影响。最后，在经济性方面。在社会经济快速发展和市场竞争日益激烈的形势下，保证电气主接线设计的经济性对于水电站的发展和运行至关重要，主接线的设计要力求简单，从而来节省断路器、避雷器和电压互感器等设备设施，保证二次回路和相关继电保护装置不复杂，这样将会为水电站节省更多的成本，同时还要尽可能地限制短路电流，为选择更加经济的电气化设备奠定良好的基础，在保证水电站相关功能的同时，促使电气主接线设计朝着可靠性、灵活性和经济性的方向发展。

3水电站主接线电气设计方案

3.1发电机电压侧接线

主变压器是水电站运行中的核心设备，不同规模的水电站中主变压器的数量也有一定差异。以中小型水电站（2台主变压器）为例，其发电机电压侧的接线方式大体可分为以下几种。（1）单母线与单母线分段接线以往有些中小型水电站采用单母线接地的方式，虽然这种接线方式比较简便，但是一旦母线出现故障问题，为了保障检修工作的安全性，需要水电站进行全站停机，从而影响了正常工作的开展。在单母线直接接地的基础上，提出了单母线分段接地的电气设计思路：各段母线之间采用并联方式连接，即便是其中某一段母线出现故障，也能够通过启用备用线路的方式向水电站用电系统供电，保障了线路运行安全。通过应用效果来看，单母线分段接地的配电装置数量较少，并且各线路之间的链接比较清晰，电气设备相互之间不容易受到干扰影响，显著提高了主接线电气设计的可靠性。（2）单元接线方式该种接线方式是在主变压器下分别连接两个支线，其中一条支线上安装发电机组，另一条支线上安装厂用变压器。单元接线方式的优点在于通过线路分流的形式，成倍的提高了水电站主接线的稳定性。同时，保证了发电机和主变压器的容量相匹配，避免了因发动机功率过高而导致连接线路受热出现故障的问题。从成本上来看，由于单元接线中需要连接一定数量的高压断路器，因此投资成本可能稍微较高。但是由于中小型水电站中只有1-2台主变压器，因此综合效益来看，采用单元连接方式具有较高的可行性。

3.2升高电压侧的接线模式

通常情况下，水电站的主变压器使用两绕组变压器，这样的变压器有着较强的绝缘性能与耐高温能力，特别是在夏季，人们的用电量急剧上升，水电站承受的载荷较高，采用绕组变压器可以在很大程度上缓解水电站的运行压力。在采用升高电压侧接线方式的过程中，按照接线的不同位置，又可以分为以下三种方式:首先，变压器线路组接线。这样的接线方式有着简便的显著特点，主要是采用外加导流线路的方式来提升变压器的运转效率，相对变压器而言，连接导线的电阻基本上可以忽略不计，所以有可能出现变压器短路故障再加上主接线电气设计采用的是单线路连接，在具体维修的过程中就要全站进行停电，因此大部分水电站逐步不再采用变压器线路组接线的方式;其次，单母线和单母线分段接线。相对于发电机电压侧接线方式不同，升高电压侧单母线分段接线的成本较低，而且在实际线路中需要用到电气设备数量与种类较为单一，这样的接线方式会直接造成同一条母线负担的电流电压值降低，适用范围不太广泛。所以，在实际的水电站电气主接线的设计工作中，技术工作者可以采取某一段母线与发电机组相连的方式来达到继电保护的目的，同时也可以在母线旁边增加隔离开关，一旦其中一段母线发生了故障问题，那么隔离开关就会起到一定的保护作用，有效避免在具体检修的过程中发生断电的问题;其三，桥形连接。部分水电站采用的是“两进两出”的形式，若是利用单母线和单母线分段的方式，因为两回路之间的变压器功率不一样，电气的主接线就不可能直接连在一起，这样就会在一定程度上降低水电站的发电功率，而桥形连接则能够有效的平衡功率，以此来增强水电站电气主接线设计的合理性。

结语

总而言之，水电站是目前国内电力资源的主要生产方式之一。尤其是随着社会各界对于电力能源的需求不断上升，水电站承担的供电载荷有了很大提升，注重水电站电气主接线的优化设计，能够大大增强电力系统运行的安全性与稳定性，有效满足新时代水电站发电与供电等方面的需求，促使水电站安全性能与社会经济效益的同步提升，有效推动水电行业迈上新的台阶。

参考文献

［1］吴海东．石桥水电站电气主接线方案设计与选择［J］．小水电，2018(06):38-39．

［2］李度．水电站主接线电气设计与注意问题探究［J］．科技创新与应用，2018(01):123-124．

［3］袁伏麒，袁爱玲．水电站电气主接线可靠性比较研究［J］．长江工程职业技术学院学报，2017，34(02):21-23．