论文部分内容阅读
摘要：近年來，随着我国经济的繁荣和水电事业的飞速发展，水电站等水利工程逐渐成为了当前人们生产生活过程中必须的基础设施，所以，做好电力规划，加强电网建设就显得尤为重要，在水电站的建设中，高压电气设备经过连线组成的分配和接收电能的电路就是电器的主接线路，满足了水电站电力系统简单灵活、操作方便以及运行可靠和易于维修等需求，对水电站的发展意义重大，本文将在阐述电气主接线的基础上，对水电站电气主接线路的设计进行研究。
关键词：水电站；电气主接线路；设计；
中图分类号：S611文献标识码： A
电气主接线路设计是水电站电气设计的核心，主接线路的设计不但对主变压器、断路器等电气设备的布置与选择有着直接的影响，而且还对机电设备和环境保护以及监控系统的设计有很大的影响，对水电站本身和电力系统的安全有着决定性的作用，，作为一项技术含量高、设计范围广的系统工程，电气主接线路的设计对于水电站的建设具有很重要的现实意义。
一、 水电站电气主接线概念及接线形式
（一）电气主接线的概念
在水电站中，电气主接线就是变电站或者发电厂中按照设计要求连接其设备的电路，用以表示电能的生产、汇聚和分配，是水电站电气设备的中心环节，可以了解各种电器设备的规范、数量以及作用和连接方式等。主接线的选择正确与否，对于电气设备运行的经济性和可靠性等都有很重要的影响作用[1]。
（二）接线形式
在水电站中，要根据电力系统和水电站所在地的具体情况来进行接线形式的确定，对于10~110kW的接线形式主要有汇流母线和无汇流母线两种接线形式，其中，汇流母线的接线形式又包括了单母线、增设旁路母线以及旁路隔离开关和圣母线等，无汇流母线又包括变压器一线路单元接线以及多角形接线形式等。
二、 水电站电气主接线的设计与研究分析
（一）电气主接线的设计原则
电气主接线的设计跟水电站周围的环境以及气象等息息相关，要根据当地的水文气象以及建设的规模以及接入系统的方式、地形、运输条件等多方面的因素进行全方位的综合分析论证，使得水电站的稳定性能满足电力系统的相关要求，并在此基础上，做到运行过程的操作灵活、供电过程的安全可靠以及方便对设施的检修维护，与此同时，要考虑到先进技术的运用、接线的加简单清晰以及节约投资等等，一定要经济合理。
（二）电气主接线设计的基本要求
在我国水电站的建设过程中，电气主接线的设计应当满足可靠性、灵活性以及经济性这三项基本要求。水电站一般具有供电容量大、范围广的特点，在电力系统中的地位十分重要，所以，一旦水电站发生故障或事故，很可能就会造成电力系统稳定的破坏，或者造成系统的解裂，继而造成重大的经济损失，所以，近年来我们在电气主接线设计方面一直学习和借鉴发达国家的设计经验，在进行我国水电站的电气主接线设计时就可靠性方面提出了新的要求。首先，在对水电站任何断路器故障检修的时候，不能影响对系统的连续供电；其次，对于任何一进出线回路断路器故障或母线故障发生时，不应该切除一台以上的相应线路和机组；再次，对于单机容量为300MW的电厂，经过相关的理论论证，在保证电厂不至全停和电力系统稳定的前提下，可以切除两台以上的机组；最后，对于任何断路器的检修或者是母线分段或母线联络断路器故障或拒动的时候，相关工作人员不应该不应该切除两台以上的机组和相应线路[2]。
（三）水电站中发电机与变压器的组合形式选择
1、 单母线与单母线分段接线。在运用过程中，这种接线的方式简单明显，方便运行，并且对于配电装置的投资比较小，可采用成套的配电装置，通过这种做法，达到了简化水电站电气配置的简化效果，并且在工作过程中，各单元之间互不影响，有利于水电站实现电气的自动化，易于水电站的管理及控制。
2、 单元接线方式。这种电气主接线方式要求发电机和主变压器容量相匹配，接线清晰、运行可靠，即便是发生故障或事故，也能及时发现，缩小了影响的范围，但是，高压断路器和主变压器的数量比单母线形式多，建设过程中的投资相比较而言，就会增多。单元接线方式在中小型水电站中运用广泛[3]。
3、 扩大单元接线。在我国水电站的建设中，一般的中小型水电站如果有两台发电机，一般情况下都会采用扩大单元接线方式，在这种接线的运用过程中，只需要用一台主变压器，对于大中型水电站而言，想在水电站的建设过程中，使用扩大单元接线的形式，那么，在使用的过程中，一定要注意到发电机电压侧的短路容量对于断路选择的影响。相比较于单元接线形式，扩大单元接线可以减少相应的高压设备和变压器的台数，进而简化电气布置，但也存在缺点，就是当主变压器在检修或者故障的时候，会迫使2台发电机组容量不能送出。
（四）500kW侧接线
以水布垭水电站电气主接线的设计为例，水布垭水电站共有4台装机，装机容量为1840MW，据统计，每年此水电站可利用2166小时，当水电站的发电机变压器采用单元接线的时候，电站5002kW侧4回进线，3回出线，基于这种情况，有以下三个方案可供选择[4]：
1、 出线双断路器的双母线接线，这种接线方式能提高出线回路的可靠性。在电气主线路的连接上，由于GIG断路器出现故障的机率小，并且对应的检修周期也比较长，加之出线双断路器作用不明显等特点，会造成设备投资的增加，并且在水电站的建设过程中，双母线接线的布置相对复杂。
2、 一倍半断路器接线，这种接线方式相对具有很高的可靠性，在发生断路器和母线故障的情况下，不会影响系统的供电，但这种接线方案也存在着缺陷，就是当机组开停机的时候需要操作2台断路器，所以不适合在电站调峰的时间段运行，如果装设了发电机断路器，则可以解决这个问题。一倍半断路器接线的设备比较多，相应的，投资会比较大。
3、 双母线接线，这种接线方式具有简单清晰以及运行方式灵活等特点，而且在水电站机组开停机的时候仅仅需要操作一台断路器，这样就满足了电站调峰运行的要求。双母线接线这种方法需要连接的设备少，可以减少电气主接线路建设过程中的投资，但是也存在缺陷，就是当母联断路器发生故障的时候会出现全厂短时停机。
在以上三种方案中，出现的设备价差主要是CIS断路器间隔，分别为10个间隔、11个间隔和8个间隔，按照目前的一个间隔1200万元计算，与双母线相比，相差分别为3600万元和2400万元，占可比设备总价的比例分别是37.5%和25%。
在水电站的电气主接线路建设中，运用双母线接线的情况下，母联断路器不经常工作，相应地，故障率就会大大降低，据有关统计，大约为0.06次/a，平均16.6a会出现一次故障，从水电站运行过程中的电力系统稳定性方面考虑，如果允许水布垭水电站全部4台机组甩负荷，并且水布垭水电站的水库具有多年调节性能，所以在短期内的停机不会引起弃水现象。在水电站电气主接线路的设计中，由于双母线接线的方式简单清晰，而且运行方式灵活，投资方面也比较合理，又可以满足水电站的调峰运行，所以应多采用双母线接线，促进我国水利工程尤其是水电站的电气主接线路的设计的发展。
结束语：
综上所述，在对水电站电气主接线概念及接线形式的阐述的基础上，本文对水电站建设过程中的电气主接线路设计从设计的原则以及基本要求入手，结合设计过程中对于水电站中发电机与变压器的组合形式的选择与分析，最后以分布在清江中游的、也是我国比较有名的水电站水布垭水电站为例进行分析研究，重点进行了水电站电气主接线路中500kW侧接线的接线方式设计探讨，分析其特点及需要改进的方面，为我国水电站电气主接线路的更好更合理设计提供了参考意见。
参考文献：
[1]刘昆林,徐立佳.龙滩水电站电气设计研究[J].水力发电,2004,06:53-55.
[2]商夏江. 山区小型水电站电气系统的设计[J].机电信息,2012,27:115-116.
[3]李新萍.水电站电气一次改造设计研究[J].科技与企业,2013,08:115+118.
[4]王敏.水电站电气系统设计实例剖析[J].黑龙江水利科技,2013,08:69-71.
关键词：水电站；电气主接线路；设计；
中图分类号：S611文献标识码： A
电气主接线路设计是水电站电气设计的核心，主接线路的设计不但对主变压器、断路器等电气设备的布置与选择有着直接的影响，而且还对机电设备和环境保护以及监控系统的设计有很大的影响，对水电站本身和电力系统的安全有着决定性的作用，，作为一项技术含量高、设计范围广的系统工程，电气主接线路的设计对于水电站的建设具有很重要的现实意义。
一、 水电站电气主接线概念及接线形式
（一）电气主接线的概念
在水电站中，电气主接线就是变电站或者发电厂中按照设计要求连接其设备的电路，用以表示电能的生产、汇聚和分配，是水电站电气设备的中心环节，可以了解各种电器设备的规范、数量以及作用和连接方式等。主接线的选择正确与否，对于电气设备运行的经济性和可靠性等都有很重要的影响作用[1]。
（二）接线形式
在水电站中，要根据电力系统和水电站所在地的具体情况来进行接线形式的确定，对于10~110kW的接线形式主要有汇流母线和无汇流母线两种接线形式，其中，汇流母线的接线形式又包括了单母线、增设旁路母线以及旁路隔离开关和圣母线等，无汇流母线又包括变压器一线路单元接线以及多角形接线形式等。
二、 水电站电气主接线的设计与研究分析
（一）电气主接线的设计原则
电气主接线的设计跟水电站周围的环境以及气象等息息相关，要根据当地的水文气象以及建设的规模以及接入系统的方式、地形、运输条件等多方面的因素进行全方位的综合分析论证，使得水电站的稳定性能满足电力系统的相关要求，并在此基础上，做到运行过程的操作灵活、供电过程的安全可靠以及方便对设施的检修维护，与此同时，要考虑到先进技术的运用、接线的加简单清晰以及节约投资等等，一定要经济合理。
（二）电气主接线设计的基本要求
在我国水电站的建设过程中，电气主接线的设计应当满足可靠性、灵活性以及经济性这三项基本要求。水电站一般具有供电容量大、范围广的特点，在电力系统中的地位十分重要，所以，一旦水电站发生故障或事故，很可能就会造成电力系统稳定的破坏，或者造成系统的解裂，继而造成重大的经济损失，所以，近年来我们在电气主接线设计方面一直学习和借鉴发达国家的设计经验，在进行我国水电站的电气主接线设计时就可靠性方面提出了新的要求。首先，在对水电站任何断路器故障检修的时候，不能影响对系统的连续供电；其次，对于任何一进出线回路断路器故障或母线故障发生时，不应该切除一台以上的相应线路和机组；再次，对于单机容量为300MW的电厂，经过相关的理论论证，在保证电厂不至全停和电力系统稳定的前提下，可以切除两台以上的机组；最后，对于任何断路器的检修或者是母线分段或母线联络断路器故障或拒动的时候，相关工作人员不应该不应该切除两台以上的机组和相应线路[2]。
（三）水电站中发电机与变压器的组合形式选择
1、 单母线与单母线分段接线。在运用过程中，这种接线的方式简单明显，方便运行，并且对于配电装置的投资比较小，可采用成套的配电装置，通过这种做法，达到了简化水电站电气配置的简化效果，并且在工作过程中，各单元之间互不影响，有利于水电站实现电气的自动化，易于水电站的管理及控制。
2、 单元接线方式。这种电气主接线方式要求发电机和主变压器容量相匹配，接线清晰、运行可靠，即便是发生故障或事故，也能及时发现，缩小了影响的范围，但是，高压断路器和主变压器的数量比单母线形式多，建设过程中的投资相比较而言，就会增多。单元接线方式在中小型水电站中运用广泛[3]。
3、 扩大单元接线。在我国水电站的建设中，一般的中小型水电站如果有两台发电机，一般情况下都会采用扩大单元接线方式，在这种接线的运用过程中，只需要用一台主变压器，对于大中型水电站而言，想在水电站的建设过程中，使用扩大单元接线的形式，那么，在使用的过程中，一定要注意到发电机电压侧的短路容量对于断路选择的影响。相比较于单元接线形式，扩大单元接线可以减少相应的高压设备和变压器的台数，进而简化电气布置，但也存在缺点，就是当主变压器在检修或者故障的时候，会迫使2台发电机组容量不能送出。
（四）500kW侧接线
以水布垭水电站电气主接线的设计为例，水布垭水电站共有4台装机，装机容量为1840MW，据统计，每年此水电站可利用2166小时，当水电站的发电机变压器采用单元接线的时候，电站5002kW侧4回进线，3回出线，基于这种情况，有以下三个方案可供选择[4]：
1、 出线双断路器的双母线接线，这种接线方式能提高出线回路的可靠性。在电气主线路的连接上，由于GIG断路器出现故障的机率小，并且对应的检修周期也比较长，加之出线双断路器作用不明显等特点，会造成设备投资的增加，并且在水电站的建设过程中，双母线接线的布置相对复杂。
2、 一倍半断路器接线，这种接线方式相对具有很高的可靠性，在发生断路器和母线故障的情况下，不会影响系统的供电，但这种接线方案也存在着缺陷，就是当机组开停机的时候需要操作2台断路器，所以不适合在电站调峰的时间段运行，如果装设了发电机断路器，则可以解决这个问题。一倍半断路器接线的设备比较多，相应的，投资会比较大。
3、 双母线接线，这种接线方式具有简单清晰以及运行方式灵活等特点，而且在水电站机组开停机的时候仅仅需要操作一台断路器，这样就满足了电站调峰运行的要求。双母线接线这种方法需要连接的设备少，可以减少电气主接线路建设过程中的投资，但是也存在缺陷，就是当母联断路器发生故障的时候会出现全厂短时停机。
在以上三种方案中，出现的设备价差主要是CIS断路器间隔，分别为10个间隔、11个间隔和8个间隔，按照目前的一个间隔1200万元计算，与双母线相比，相差分别为3600万元和2400万元，占可比设备总价的比例分别是37.5%和25%。
在水电站的电气主接线路建设中，运用双母线接线的情况下，母联断路器不经常工作，相应地，故障率就会大大降低，据有关统计，大约为0.06次/a，平均16.6a会出现一次故障，从水电站运行过程中的电力系统稳定性方面考虑，如果允许水布垭水电站全部4台机组甩负荷，并且水布垭水电站的水库具有多年调节性能，所以在短期内的停机不会引起弃水现象。在水电站电气主接线路的设计中，由于双母线接线的方式简单清晰，而且运行方式灵活，投资方面也比较合理，又可以满足水电站的调峰运行，所以应多采用双母线接线，促进我国水利工程尤其是水电站的电气主接线路的设计的发展。
结束语：
综上所述，在对水电站电气主接线概念及接线形式的阐述的基础上，本文对水电站建设过程中的电气主接线路设计从设计的原则以及基本要求入手，结合设计过程中对于水电站中发电机与变压器的组合形式的选择与分析，最后以分布在清江中游的、也是我国比较有名的水电站水布垭水电站为例进行分析研究，重点进行了水电站电气主接线路中500kW侧接线的接线方式设计探讨，分析其特点及需要改进的方面，为我国水电站电气主接线路的更好更合理设计提供了参考意见。
参考文献：
[1]刘昆林,徐立佳.龙滩水电站电气设计研究[J].水力发电,2004,06:53-55.
[2]商夏江. 山区小型水电站电气系统的设计[J].机电信息,2012,27:115-116.
[3]李新萍.水电站电气一次改造设计研究[J].科技与企业,2013,08:115+118.
[4]王敏.水电站电气系统设计实例剖析[J].黑龙江水利科技,2013,08:69-71.