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摘要：随着经济的不断发展，能源问题迫在眉睫成为我们急需解决的问题。水力发电不仅环保而且节省成本，已经得到了国家的大力支持。然而水电站电气的一次设计对于整个水电站来说是非常重要的，本文主要介绍了电气主接线的设计，厂用线设计，电气设备的布置以及发电机的保护等。
关键词：水电站；电气一次设计；电气主接线；厂用线
引言
近些年来，小型水电站得到了快速的发展。然而水电站电气的一次设计是水电站的重要组成部分，也引起了人们的关注。如何在满足设备运行要求的前提下节省成本是我们需要重点突破的问题。
1.电气主接线设计
1.1电力主接线设计原则
电力生产的主要任务就是要做到安全可靠，对于电气主接线而言，最基本的要求就是要保证供电的可靠性。如果停电不仅会给发电厂造成很大的损失，也会对公民的经济造成麻烦。在一些经济比较发达的地区，经常因为电路故障而导致停电，这比实时电价的损失要大的多，有时甚至会危及到人的生命。由此看来主接线的接线形式是非常重要的。但是电气主接线并不是绝对可靠的，就算是同样的形式也有可能在这个发电厂可靠，在另一个发电厂就不可靠了。所以在分析判断主接线的可靠性的时候，需要把发电厂的实际情况考虑在内。此外，主接线在运行的过程中，如果有调度的需要，我们可以进行一些运行方式的改变，从而实现调度的任务，并且在发生事故时一定要尽快的从设备中退出。如果能够及时的切除故障就可以缩小影响范围，还可以保护检修人员的人身安全。
此外主接线的设计一定要简单，方便人们掌握。如果太过复杂操作起来也不容易，而且也容易发生误操作，危害人身安全，但是接线也不能太过简单，这样不能满足我们的需要，而且也会给运行带来麻烦。在保证安全可靠地基础上，还应该考虑怎样设计投资最小，并且还不会占用太多的空间。电气主接线的设计必须要方便发电厂以后的扩建，给未来的扩建留出余地，在进行设计时不仅要看方案的可实施性，还要把接线的初期到最后分阶段的进行施工，这样有利于方案的顺利实施而且还能降低工作量。
1.2发电机出口断路器的配置
电气主接线的设计需要配置好发电机出口的断路器关于水电站的设计是有相关的规范规定的，发电厂必须对厂子使用的单元回路进行倒送处理，尽可能地不要让主变压器的高压侧接线频繁的去运行单元回路，并且如果经济条件允许的话，最好是在发电机的出口的地方安装一个发电机发的断路器，这样做就是为了方便发电机的支行。并且断路器还有一个大的优点就是当需要设置断路器的一些参数时，发电机无论是在启动阶段还是在并网发电阶段或者是在中间的某一时刻都无需切断电源，发电机完全可以自行调节，保证水电站系统的稳定运行。此外，发电机断路器还有一个优点就是可以把变压器与发电机进行分离，分别进行保护，这样一来如果其中一方出现故障也不会影响到另一方，从而保证了设备的正常运行。
1.2 发电机中性点接地变压器设计
电气主接线设计中还有一部分就是发电机中性点接地变压器的设计，一方面它可以限制由接地电弧所引起的过电压的值，另一方面它还可以在发电机产生单向接地故障时起到限制电流的作用，这样就可以对发电机进行保护，以免烧坏发电机，另外也不会造成谐振过电压现象的发生。据相关计算得出每个工程所使用的单相接地变压器的容量大约是90kVA，而一次侧电压大约在16kV，上下的浮动率小于3%。并且二次变阴器使用了5个抽头，二次的侧电压也在0.6kV左右，这样一来就可以增大变压器的覆盖范围，并且一旦发生故障，也可以进行调试。
1.3 110kV高压侧接线优化
结合水电站的出线方向以及地形条件，110kV高压线的出线使用架空线，并且接入到了水电站右侧的开关站，除此之外还需要使用一些短线对高压出线进行保护，避免安全事故的发生。比如某工程根据厂房的实际情况提出了两种短线保护的方案，这两种方案都是右岸进线间隔，进线段，但是不同的是一个是在左岸开关站。对这种方案进行技术信息的对比以及花费的对比之后我们发现在满足水电站正常运行方面，而者都符合要求。但是第一个方案把厂房的地点充分考虑在内并结合开关站的位置，这样就方便了操作。但是第二种方案也不是全无优势，如果采用光纤通道去进行信号的收集，就可以减少信号的衰减，也能加快传输的速度，由此看来若是从经济的角度看，第二个方案更占优势一些，而且也比较容易布置。
2.厂用电接线设计
如果把工厂用的变压器接在发电机电压的母线上，就需要仔细的考虑设计方案，当母线发生故障时，能否使大部分的机械依旧正常的工作是我们首先需要考虑的问题。一般情况下，小型水电站的场内使用的变压器是10kV～110kV，只是使用一级电压供电，它的容量是比较小的，而且也不会经常地切换，所以就需要安装操作保护设备，一般我们都是使用熔断器来保护高压侧。此外，厂用的母线是需要进行分段处理的，目的是为了让厂用电负荷能够分布在两段母线上，并且对于每段母线而言它都必须有自己独立的电源，为它的工作提供电能，此外为了以防万一也要配备一个备用电源，并且在安装备用电源的同时也要安装电源的自动投入装置使得独立电源出现问题时自动投入装置就可以工作让备用电源投入使用。对于那些单机容量小于1000kV的小型水电站，只设一个厂用电源就够了。厂用电接线时也要考虑怎样使负荷供电的线路达到最短，这样就可以节省电缆以及导线，还能够把线路中的损耗减少，而且方便管理。
3.电气设备布置
3.1 主变布置
电气设备的布置主要包括两方面，分别是主变平台的布置以及对电缆布置的优化等等。在设计施工图时需要详细斟酌，比如把高压设备出现与主变设成同一高程，这样做可以减少施工时的施工量，进而使施工的进度加快。
3.2 电缆布置优化
一般情况下，如果不实施一些特殊的布置的话，动力电缆一定程度上会干扰控制电缆。如果想要解决这一问题需要把动力电缆和控制电缆分开铺设，我们可以设置两个竖井，一个用来铺设控制电缆，另一个用来铺设动力电缆，这样一来动力电缆就不会对控制电缆造成干扰。另外，我们还可以把控制电缆与动力电缆合理的布置在楼层中，这样就不会造成电缆线路的混乱。
3.3 110kV开关站布置优化
某市某一水电站坐落于河流的中游地区，但是考虑到实际的需要，要对这个水电站进行扩建，主要是装上轴流转桨式的水轮发电机组，更加方便水电站进行河流水的调节。经过对水电站的一番研究，要在它右岸的开关站扩建出一个110kV的进线间隔，但是扩建后不会影响电气设备的主接线方式，电气设备的主接线方式仍然要用单母线兼顾旁路进行接线，此外还要用双列布置代替3号升压变进线间隔，并且要在左岸开关站增加一个进行线间隔，线路需要从水电站的右岸开始，然后转身船闸，最后到左岸开关站结束。在进行整体设计时，必须将工程量考虑在内，尽量减少工程量，并且要在原设计的基础上做一些优化处理，这样一来就可以达到开关站布置优化的效果。
4 水机的自动化和发电机保护
水轮发电机组使用的是有两个支点的滚动轴承，传统的都是三个支点的滑动轴承，新的轴承没有轴温检测的部分，并且也把自动化回路的部分简化了，维护起来比较容易，近些年来。这种轴承被大量的使用。此外，发电机组还设有过电流保护以及过电压保护等，机组的操作电源从发电机的出口取，容易在机组的内部发生短路，当发生故障时出口的电压比较低，这时失压保护就会起作用，低压断路器发生跳闸。
5.结语
对于水电站的设计国家有明确的规定，在这其中电气主接线的设计是最为关键的，我们需要结合水电站的实际情况去选择及布置电气设备，并且进行相应的优化处理，保证水电站的正常运行。
参考文献：
[1]吕海勇，苑睿.天花板水电站电气一次设计[J].水力发电，2011，37（6）：45-46.
[2]李新萍.水電站电气一次改造设计研究[J].科技与企业，2013，（8）：92-93.
[3]欧阳帆.水电站电气一次设计的研究[J].卷宗，2011，（12）：105-106.
关键词：水电站；电气一次设计；电气主接线；厂用线
引言
近些年来，小型水电站得到了快速的发展。然而水电站电气的一次设计是水电站的重要组成部分，也引起了人们的关注。如何在满足设备运行要求的前提下节省成本是我们需要重点突破的问题。
1.电气主接线设计
1.1电力主接线设计原则
电力生产的主要任务就是要做到安全可靠，对于电气主接线而言，最基本的要求就是要保证供电的可靠性。如果停电不仅会给发电厂造成很大的损失，也会对公民的经济造成麻烦。在一些经济比较发达的地区，经常因为电路故障而导致停电，这比实时电价的损失要大的多，有时甚至会危及到人的生命。由此看来主接线的接线形式是非常重要的。但是电气主接线并不是绝对可靠的，就算是同样的形式也有可能在这个发电厂可靠，在另一个发电厂就不可靠了。所以在分析判断主接线的可靠性的时候，需要把发电厂的实际情况考虑在内。此外，主接线在运行的过程中，如果有调度的需要，我们可以进行一些运行方式的改变，从而实现调度的任务，并且在发生事故时一定要尽快的从设备中退出。如果能够及时的切除故障就可以缩小影响范围，还可以保护检修人员的人身安全。
此外主接线的设计一定要简单，方便人们掌握。如果太过复杂操作起来也不容易，而且也容易发生误操作，危害人身安全，但是接线也不能太过简单，这样不能满足我们的需要，而且也会给运行带来麻烦。在保证安全可靠地基础上，还应该考虑怎样设计投资最小，并且还不会占用太多的空间。电气主接线的设计必须要方便发电厂以后的扩建，给未来的扩建留出余地，在进行设计时不仅要看方案的可实施性，还要把接线的初期到最后分阶段的进行施工，这样有利于方案的顺利实施而且还能降低工作量。
1.2发电机出口断路器的配置
电气主接线的设计需要配置好发电机出口的断路器关于水电站的设计是有相关的规范规定的，发电厂必须对厂子使用的单元回路进行倒送处理，尽可能地不要让主变压器的高压侧接线频繁的去运行单元回路，并且如果经济条件允许的话，最好是在发电机的出口的地方安装一个发电机发的断路器，这样做就是为了方便发电机的支行。并且断路器还有一个大的优点就是当需要设置断路器的一些参数时，发电机无论是在启动阶段还是在并网发电阶段或者是在中间的某一时刻都无需切断电源，发电机完全可以自行调节，保证水电站系统的稳定运行。此外，发电机断路器还有一个优点就是可以把变压器与发电机进行分离，分别进行保护，这样一来如果其中一方出现故障也不会影响到另一方，从而保证了设备的正常运行。
1.2 发电机中性点接地变压器设计
电气主接线设计中还有一部分就是发电机中性点接地变压器的设计，一方面它可以限制由接地电弧所引起的过电压的值，另一方面它还可以在发电机产生单向接地故障时起到限制电流的作用，这样就可以对发电机进行保护，以免烧坏发电机，另外也不会造成谐振过电压现象的发生。据相关计算得出每个工程所使用的单相接地变压器的容量大约是90kVA，而一次侧电压大约在16kV，上下的浮动率小于3%。并且二次变阴器使用了5个抽头，二次的侧电压也在0.6kV左右，这样一来就可以增大变压器的覆盖范围，并且一旦发生故障，也可以进行调试。
1.3 110kV高压侧接线优化
结合水电站的出线方向以及地形条件，110kV高压线的出线使用架空线，并且接入到了水电站右侧的开关站，除此之外还需要使用一些短线对高压出线进行保护，避免安全事故的发生。比如某工程根据厂房的实际情况提出了两种短线保护的方案，这两种方案都是右岸进线间隔，进线段，但是不同的是一个是在左岸开关站。对这种方案进行技术信息的对比以及花费的对比之后我们发现在满足水电站正常运行方面，而者都符合要求。但是第一个方案把厂房的地点充分考虑在内并结合开关站的位置，这样就方便了操作。但是第二种方案也不是全无优势，如果采用光纤通道去进行信号的收集，就可以减少信号的衰减，也能加快传输的速度，由此看来若是从经济的角度看，第二个方案更占优势一些，而且也比较容易布置。
2.厂用电接线设计
如果把工厂用的变压器接在发电机电压的母线上，就需要仔细的考虑设计方案，当母线发生故障时，能否使大部分的机械依旧正常的工作是我们首先需要考虑的问题。一般情况下，小型水电站的场内使用的变压器是10kV～110kV，只是使用一级电压供电，它的容量是比较小的，而且也不会经常地切换，所以就需要安装操作保护设备，一般我们都是使用熔断器来保护高压侧。此外，厂用的母线是需要进行分段处理的，目的是为了让厂用电负荷能够分布在两段母线上，并且对于每段母线而言它都必须有自己独立的电源，为它的工作提供电能，此外为了以防万一也要配备一个备用电源，并且在安装备用电源的同时也要安装电源的自动投入装置使得独立电源出现问题时自动投入装置就可以工作让备用电源投入使用。对于那些单机容量小于1000kV的小型水电站，只设一个厂用电源就够了。厂用电接线时也要考虑怎样使负荷供电的线路达到最短，这样就可以节省电缆以及导线，还能够把线路中的损耗减少，而且方便管理。
3.电气设备布置
3.1 主变布置
电气设备的布置主要包括两方面，分别是主变平台的布置以及对电缆布置的优化等等。在设计施工图时需要详细斟酌，比如把高压设备出现与主变设成同一高程，这样做可以减少施工时的施工量，进而使施工的进度加快。
3.2 电缆布置优化
一般情况下，如果不实施一些特殊的布置的话，动力电缆一定程度上会干扰控制电缆。如果想要解决这一问题需要把动力电缆和控制电缆分开铺设，我们可以设置两个竖井，一个用来铺设控制电缆，另一个用来铺设动力电缆，这样一来动力电缆就不会对控制电缆造成干扰。另外，我们还可以把控制电缆与动力电缆合理的布置在楼层中，这样就不会造成电缆线路的混乱。
3.3 110kV开关站布置优化
某市某一水电站坐落于河流的中游地区，但是考虑到实际的需要，要对这个水电站进行扩建，主要是装上轴流转桨式的水轮发电机组，更加方便水电站进行河流水的调节。经过对水电站的一番研究，要在它右岸的开关站扩建出一个110kV的进线间隔，但是扩建后不会影响电气设备的主接线方式，电气设备的主接线方式仍然要用单母线兼顾旁路进行接线，此外还要用双列布置代替3号升压变进线间隔，并且要在左岸开关站增加一个进行线间隔，线路需要从水电站的右岸开始，然后转身船闸，最后到左岸开关站结束。在进行整体设计时，必须将工程量考虑在内，尽量减少工程量，并且要在原设计的基础上做一些优化处理，这样一来就可以达到开关站布置优化的效果。
4 水机的自动化和发电机保护
水轮发电机组使用的是有两个支点的滚动轴承，传统的都是三个支点的滑动轴承，新的轴承没有轴温检测的部分，并且也把自动化回路的部分简化了，维护起来比较容易，近些年来。这种轴承被大量的使用。此外，发电机组还设有过电流保护以及过电压保护等，机组的操作电源从发电机的出口取，容易在机组的内部发生短路，当发生故障时出口的电压比较低，这时失压保护就会起作用，低压断路器发生跳闸。
5.结语
对于水电站的设计国家有明确的规定，在这其中电气主接线的设计是最为关键的，我们需要结合水电站的实际情况去选择及布置电气设备，并且进行相应的优化处理，保证水电站的正常运行。
参考文献：
[1]吕海勇，苑睿.天花板水电站电气一次设计[J].水力发电，2011，37（6）：45-46.
[2]李新萍.水電站电气一次改造设计研究[J].科技与企业，2013，（8）：92-93.
[3]欧阳帆.水电站电气一次设计的研究[J].卷宗，2011，（12）：105-106.