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【摘 要】目前小型水电站供电方式也在不断变化，运行模式从单机运行直接供电，发展到多机并列运行联合供电。小水电站电气主接线的设计，在符合可靠性、灵活性和经济性的前提下，电气主接线型式趋向简洁化。而且，随着电网结构的日趋完善，系统备用容量比重加大，电气设备可靠性提高等，小型水电站电气主接线需要进行优化设计，从而达到技术先进、经济合理的要求。
【关键词】水电站；电气主接线；水利
一、前言
发电厂、变电所是电力系统的主要组成部分，是发电、输电和配电设备中重要的能量传输点。电气主接线设计是水电站电气设计的核心。在水电站装机規模、台数，电站接入系统电压、出线回路数、距离和位置确定的条件下，主接线设计对主变压器、断路器等主要电气设备的容量、台数、型式的选择与布置，对电站主要机电设备的继电保护、监控系统的设计，对厂房布置、枢纽布置以及机电设备和土建投资，环境保护和水土保持等都密切相关，有着较大的影响。而且，电气主接线设计对电站本身和电力系统的安全、可靠、经济运行也起着十分重要的作用。因此，电气主接线设计不仅是技术含量高、涉及范围广的一项错综复杂的系统工程，又是衡量设计水平的一个重要标志。
二、小型水电站电气主接线设计的原则
水电站在电力系统中地位十分重要，一旦发生事故可能造成巨大损失。在设计水电站电气主接线时应根据当地实际现状情况，并结合有关规程、规范遵循以下原则进行：首先应满足电力系统对水电站供电稳定性、可靠性要求，即能够不间断地向系统送出合格电能；应综合考虑水电站的水文气象、动能特性、建设规模、接入系统设计、枢纽总体布置、地形和运输条件、环境保护、设备特点等因素；电气主接线应简单、清晰，便于操作维护运行；电气主接线应具有一定的灵活性，适应性；电气主接线设计应便于实现自动化，工程造价经济、合理；继电保护简单、可靠，易实现电站的综合自动控制；满足电站初期发电及最终规模的运行要求，还应考虑便于分期过渡；技术先进、经济合理、投资省，年运行费用低；在可行性研究、初步设计时根据电力系统连接的要求和水电站的装机台数，进行电气主接线方案比较和技术经济分析论证。
三、小型水电站电气主接线设计的注意事项
1、解决近区负荷的供电问题
水电站不同于火电厂，一般一次建成，不扩建 ；水电站开机程序比较简单，机组起动迅速，并容易实现自动化；远离负荷中心，无大的近区负荷，用升高电压送电，出线回路少，多为调峰运行，开停机频繁；不同于火电厂和降压变电所，一般不预留出线回路；水电站厂用负荷较小，一般不从高压侧引线，备用厂用电源可引自地区配电网或保留施工变电站来解决；水电站多处于狭小山区，开关站一般不作为分配或中转电能的变电站，电气主接线宜接线简单清晰；在同一河流上的梯级水电站或地理位置相近的几个水电站，电站之间既有电的联系，又有水的联系；水电站电气主接线设计时，应妥善解决近区负荷的供电问题。
2、发电机电压接线选择
一般的小型水电站多采用下列三种方案进行发电机电压接线，方案一 ：单母线断路器分段接线。优点：运行灵活、可靠，母线可分段运行，减少短路电流；任一段母线检修或故障，不影响另一段母线运行；采用断路器分段运行操作方便灵活。缺点：运行维护费用高，电能损耗大，与其它方案比总投资多。方案二：扩大单元接线。简单、清晰，与单元接线相比，减少了主变压器台数及其相应的高压设备数量，缩小布置场地，节省投资 ；减少了主变压器高压侧进出线，可简化布置和高压侧接线；主变压器或其对应高压侧设备故障、检修，本单元两台机组容量受阻；运行维护费用低，电能损耗小，与其它方案比总投资少。方案三：单元接线。机组与主变压器数量相同，对应性好，可靠性最高 ；继电保护简单 ；主变高压侧进线回路多，布置复杂，不利于简化高压侧的接线形式；主变台数及主变高压侧断路器数量多，增加主变及 110kV 设备布置场地与设备投资；运行维护费用最高，电能损耗大，综合与其它方案比总投资多。综上所述，方案二技术上可行，经济指标优越，高压设备较少，检修维护方便，可靠性较高。
3、过电压保护和接地设计
过电压保护和接地设计要根据具体水电站工程项目进行设计。例如在一个小水电站设计中，采用如下方式进行过电压保护和接地设计：（1）直击雷保护。将避雷装置设置在电站屋顶，然后通过接地扁钢与地网连接，能够有效的保护电站免受直击雷的危害，避雷带连接于尾水接地网。升压站的直击雷保护采用二支高24米的避雷针保护方式，避雷针单独设立。雷电侵入波的过压保护，升压站35KV进线架设1～2km的避雷线，把雷电沿导线侵入的陡度限制在一定允许值内，使流过避雷器的冲击电流值不超过5KA。同时，为了防止雷电波侵入升压站损坏设备，在35KV母线装设一组氧化锌Y5W-42/134型辟雷器。由于雷电波可以沿110KV 线路攻击，因此在该线路上设置避雷线。将浪涌保护器设置在低压配电柜内起到保护作用。（2）接地。避雷接地由垂直接地体和水平接地体组成，钢垂直接地体用10条2.5m长的50×5角钢组成，水平接地体用40×4的扁钢长30米组成，接地电阻要求小于10欧姆。升压站的工作接地主要由40×4的扁钢水平接地体组成，在设备接地处共加12条2.5m的50×50角钢垂直接地体，接地电阻要求不大于4欧姆。厂房为钢筋混土结构，厂房基础钢筋与接地网相接。
4、继电保护设计
依据《继电保护和安全自动装置技术规程》，水电站配置下列继电保护装置。（1）发电机继电保护装置采用：①过电流保护；②过电压保护；③定子绕组过负荷保护；④失磁保护。（2）主变压器继电保护装置采用：①电流速断保护；②瓦斯保护；③温度保护。（3）35KV线路继电保护装置采用：①电流速断保护；②过流保护。
5、微机监控综合及自动化系统
根据小型水电站实际情况以及为实现少人值班人的要求，采用以计算机监控为主，常规监控为辅的原则，例如采用亚太公司研制的分层分布式结构的DZWX-2000水电站计算机监控系统，由上位机系统、当地控制单元、水轮机操作、励磁屏等组成。上位机主要设备为1套监控主机、1台打印机、1套不间断电源等组成。当地控制单元共有6套，2套为机组当地控制单元LCU，2套水轮机调速器， 2套可控硅励磁装置组成。（1）上位机将来与调度中心或信息管理系统的通讯也采用CDT通讯规约进行通讯，也可以根据需求把电站的实时数据送到办公楼或厂长室。（2）监控主机自动完成水电站实时状态的采集与处理、监控、对被监控对象运行参数进行调节、报警及事故记录、顺序事件记录、遥控记录、电站历史数据状态的查询、报表处理与打印、事故追忆、计算统计、实时显示电站运行状态和参数等。（3）微机自动控制系统采用一机一屏，一次设备和二次设备组合成一块屏。屏内一次设备包括：隔离刀开关、自动空气开关、电流互感器、电压互感器、熔断器等；二次设备除微机测量、保护、控制装置外，还装设一机一台同期表。
四、总结
小型水电站电气主接线的确定应综合考虑水文气象、动能特性、系统状况、建设规模、接入系统设计、枢纽总体布置、地形和运输条件、环境保护、设备特点等因素；电气主接线应满足电力系统的稳定、可靠性的要求以及电力系统对电站机组运行方式的要求，同时应满足供电可靠、运行灵活、检修方便、接线简单、便于实现自动化和分期过渡、经济合理等要求。除此之外，电气主接线设计还应考虑在非常情况下、不致造成水库大量弃水、严重影响电站效益和安全运行。
参考文献：
[1]刘家明.白莲崖水电站电气主接线选择[J].中国科技纵横，2009（7）.
[2]赵鑫，王建华.彭水水电站机电设计[J].人民长江，2006，26（01）.
[3]包晓晖.水电站电气主接线方案的多级模糊综合评判[J].水电站设计，2010（1）.
[4]冯赵云.柏香林水电站的电气主接线选择[J].中国水能及电气化，2009（4）.
[5]杨军，罗海.积石峡水电站电气主接线方案选择[J].水力发电，2011（11）.
【关键词】水电站；电气主接线；水利
一、前言
发电厂、变电所是电力系统的主要组成部分，是发电、输电和配电设备中重要的能量传输点。电气主接线设计是水电站电气设计的核心。在水电站装机規模、台数，电站接入系统电压、出线回路数、距离和位置确定的条件下，主接线设计对主变压器、断路器等主要电气设备的容量、台数、型式的选择与布置，对电站主要机电设备的继电保护、监控系统的设计，对厂房布置、枢纽布置以及机电设备和土建投资，环境保护和水土保持等都密切相关，有着较大的影响。而且，电气主接线设计对电站本身和电力系统的安全、可靠、经济运行也起着十分重要的作用。因此，电气主接线设计不仅是技术含量高、涉及范围广的一项错综复杂的系统工程，又是衡量设计水平的一个重要标志。
二、小型水电站电气主接线设计的原则
水电站在电力系统中地位十分重要，一旦发生事故可能造成巨大损失。在设计水电站电气主接线时应根据当地实际现状情况，并结合有关规程、规范遵循以下原则进行：首先应满足电力系统对水电站供电稳定性、可靠性要求，即能够不间断地向系统送出合格电能；应综合考虑水电站的水文气象、动能特性、建设规模、接入系统设计、枢纽总体布置、地形和运输条件、环境保护、设备特点等因素；电气主接线应简单、清晰，便于操作维护运行；电气主接线应具有一定的灵活性，适应性；电气主接线设计应便于实现自动化，工程造价经济、合理；继电保护简单、可靠，易实现电站的综合自动控制；满足电站初期发电及最终规模的运行要求，还应考虑便于分期过渡；技术先进、经济合理、投资省，年运行费用低；在可行性研究、初步设计时根据电力系统连接的要求和水电站的装机台数，进行电气主接线方案比较和技术经济分析论证。
三、小型水电站电气主接线设计的注意事项
1、解决近区负荷的供电问题
水电站不同于火电厂，一般一次建成，不扩建 ；水电站开机程序比较简单，机组起动迅速，并容易实现自动化；远离负荷中心，无大的近区负荷，用升高电压送电，出线回路少，多为调峰运行，开停机频繁；不同于火电厂和降压变电所，一般不预留出线回路；水电站厂用负荷较小，一般不从高压侧引线，备用厂用电源可引自地区配电网或保留施工变电站来解决；水电站多处于狭小山区，开关站一般不作为分配或中转电能的变电站，电气主接线宜接线简单清晰；在同一河流上的梯级水电站或地理位置相近的几个水电站，电站之间既有电的联系，又有水的联系；水电站电气主接线设计时，应妥善解决近区负荷的供电问题。
2、发电机电压接线选择
一般的小型水电站多采用下列三种方案进行发电机电压接线，方案一 ：单母线断路器分段接线。优点：运行灵活、可靠，母线可分段运行，减少短路电流；任一段母线检修或故障，不影响另一段母线运行；采用断路器分段运行操作方便灵活。缺点：运行维护费用高，电能损耗大，与其它方案比总投资多。方案二：扩大单元接线。简单、清晰，与单元接线相比，减少了主变压器台数及其相应的高压设备数量，缩小布置场地，节省投资 ；减少了主变压器高压侧进出线，可简化布置和高压侧接线；主变压器或其对应高压侧设备故障、检修，本单元两台机组容量受阻；运行维护费用低，电能损耗小，与其它方案比总投资少。方案三：单元接线。机组与主变压器数量相同，对应性好，可靠性最高 ；继电保护简单 ；主变高压侧进线回路多，布置复杂，不利于简化高压侧的接线形式；主变台数及主变高压侧断路器数量多，增加主变及 110kV 设备布置场地与设备投资；运行维护费用最高，电能损耗大，综合与其它方案比总投资多。综上所述，方案二技术上可行，经济指标优越，高压设备较少，检修维护方便，可靠性较高。
3、过电压保护和接地设计
过电压保护和接地设计要根据具体水电站工程项目进行设计。例如在一个小水电站设计中，采用如下方式进行过电压保护和接地设计：（1）直击雷保护。将避雷装置设置在电站屋顶，然后通过接地扁钢与地网连接，能够有效的保护电站免受直击雷的危害，避雷带连接于尾水接地网。升压站的直击雷保护采用二支高24米的避雷针保护方式，避雷针单独设立。雷电侵入波的过压保护，升压站35KV进线架设1～2km的避雷线，把雷电沿导线侵入的陡度限制在一定允许值内，使流过避雷器的冲击电流值不超过5KA。同时，为了防止雷电波侵入升压站损坏设备，在35KV母线装设一组氧化锌Y5W-42/134型辟雷器。由于雷电波可以沿110KV 线路攻击，因此在该线路上设置避雷线。将浪涌保护器设置在低压配电柜内起到保护作用。（2）接地。避雷接地由垂直接地体和水平接地体组成，钢垂直接地体用10条2.5m长的50×5角钢组成，水平接地体用40×4的扁钢长30米组成，接地电阻要求小于10欧姆。升压站的工作接地主要由40×4的扁钢水平接地体组成，在设备接地处共加12条2.5m的50×50角钢垂直接地体，接地电阻要求不大于4欧姆。厂房为钢筋混土结构，厂房基础钢筋与接地网相接。
4、继电保护设计
依据《继电保护和安全自动装置技术规程》，水电站配置下列继电保护装置。（1）发电机继电保护装置采用：①过电流保护；②过电压保护；③定子绕组过负荷保护；④失磁保护。（2）主变压器继电保护装置采用：①电流速断保护；②瓦斯保护；③温度保护。（3）35KV线路继电保护装置采用：①电流速断保护；②过流保护。
5、微机监控综合及自动化系统
根据小型水电站实际情况以及为实现少人值班人的要求，采用以计算机监控为主，常规监控为辅的原则，例如采用亚太公司研制的分层分布式结构的DZWX-2000水电站计算机监控系统，由上位机系统、当地控制单元、水轮机操作、励磁屏等组成。上位机主要设备为1套监控主机、1台打印机、1套不间断电源等组成。当地控制单元共有6套，2套为机组当地控制单元LCU，2套水轮机调速器， 2套可控硅励磁装置组成。（1）上位机将来与调度中心或信息管理系统的通讯也采用CDT通讯规约进行通讯，也可以根据需求把电站的实时数据送到办公楼或厂长室。（2）监控主机自动完成水电站实时状态的采集与处理、监控、对被监控对象运行参数进行调节、报警及事故记录、顺序事件记录、遥控记录、电站历史数据状态的查询、报表处理与打印、事故追忆、计算统计、实时显示电站运行状态和参数等。（3）微机自动控制系统采用一机一屏，一次设备和二次设备组合成一块屏。屏内一次设备包括：隔离刀开关、自动空气开关、电流互感器、电压互感器、熔断器等；二次设备除微机测量、保护、控制装置外，还装设一机一台同期表。
四、总结
小型水电站电气主接线的确定应综合考虑水文气象、动能特性、系统状况、建设规模、接入系统设计、枢纽总体布置、地形和运输条件、环境保护、设备特点等因素；电气主接线应满足电力系统的稳定、可靠性的要求以及电力系统对电站机组运行方式的要求，同时应满足供电可靠、运行灵活、检修方便、接线简单、便于实现自动化和分期过渡、经济合理等要求。除此之外，电气主接线设计还应考虑在非常情况下、不致造成水库大量弃水、严重影响电站效益和安全运行。
参考文献：
[1]刘家明.白莲崖水电站电气主接线选择[J].中国科技纵横，2009（7）.
[2]赵鑫，王建华.彭水水电站机电设计[J].人民长江，2006，26（01）.
[3]包晓晖.水电站电气主接线方案的多级模糊综合评判[J].水电站设计，2010（1）.
[4]冯赵云.柏香林水电站的电气主接线选择[J].中国水能及电气化，2009（4）.
[5]杨军，罗海.积石峡水电站电气主接线方案选择[J].水力发电，2011（11）.