水电站厂用电设计及运行管理

[摘 要] 水电站厂用电设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，使设计达到经济合理、技术先进，保证机组安全、经济和满发地运行。在运行过程中，应采取合理手段实现经济运行，达到节能增效的目的。

[关键词]水电站 厂用电 设计 运行管理

1 水电站厂用电接线分析
1.1 厂用电接线的一般要求
（1）为了便于维护及运行，厂用电接线应力求简单、清晰。
（2）为了保证厂用电的可靠性，一般情况下应具有两个或两个以上的厂用电电源，以保证连续供电。
（3）为了保证对厂用电重要负荷的供电可靠性，当采用两台及以上厂用变压器供电时，机组自用电负荷应分别由两分段厂用母线供电，而且一般应将负荷平均地接至两个不同分段母线。
（4）厂用电接线应力求缩短电力电缆的距离，以节省投资，减少损耗，主配电屏布置尽量靠近负荷中心，在厂用电负荷集中处设置分配电屏，分散的负荷应尽量接至距离最近的分配电屏上。
（5）厂用电接线应便于设备操作、维护，是经济上合理的最优供电方式。
（6）安装检修间应设三相电源。主配电屏及分配电屏应有备用回路，以满足临时用电需要。
1.2 厂用电接线的选择及分析
中小型水电站厂用电母线一般选择采用单母线分段，一般只分两段。两台厂用变压器以暗备用方式向两段母线供电。有时根据具体情况，也可将厂用电母线分为三段，三台厂变供电的方式，这时一般有一台外接电源变压器，以满足供电可靠性的需要。将重要负荷按工作、备用分别接于各段母线上。
由于主、副厂房分层布置且距离较远，部分负荷距主配电屏较远又较集中，厂用电负荷供电接线方式一般采用单层辐射式接线与双层辐射式接线相结合的接线方式。单层辐射式接线是由厂用母线成辐射状直接供电给厂用电负荷，此接线可靠性较高，任一回路故障不影响其它回路。往往用于供距主配电屏较近的厂用电负荷或者容量较大而又较重要的负荷。双层辐射式接线是由厂用母线成辐射状供给分配电屏，再呈辐射状供给厂用电负荷。此接线供电可靠性略差，当主屏与分屏联络线故障时将影响整个分屏的供电负荷。水电站根据各自的情况选择不同的接线。

2 厂用变压器的选择

2.1 厂用电变压器容量选择和分析
厂用电变压器容量选择的原则
（1）满足全厂厂用电最大负荷需要。
（2）互为备用的厂用电变压器，当一台厂用电变压器退出运行时，应能满足全厂重要负荷或短时全厂最大负荷的需要。
（3）保证需要自起动的电动机能自起动。
当水电站厂用电变压器采用一台供电时，厂用电变压器

容量必须满足厂用电最大计算负荷的需要，不考虑过负荷运行。即：
Snb=Sjb
Snb——厂用变压器的额定容量，kVA
Sjb——厂用最大负荷计算值，kVA
厂用电最大负荷分析计算原则如下：
（1）经常连续及经常短时运行的负荷均应计算。
（2）经常断续运行负荷应适当计入。
（3）不经常连续及不经常短时运行负荷除在事故情况下运行的负荷外，应按设备组合运行情况计算。
（4）不经常断续运行负荷，一般仅计入在机组检修时经常使用的负荷。
（5）互为备用电动机、有可能由同一厂用电源供电时，只计算参加运行的部分，由不同电源供电时，则应分别计入。

按负荷统计法计算厂用电最大负荷：
Sjs=KvKtKfΣPc/cosφη
K-v——网络损失系数，一般取1.05
Kt——同时系数，一般为0.74～0.76
Kf——负荷系数，一般为0.71～0.73
ΣPc——可能参加同时运行的负荷总和，kW
cosφη——厂用电最大负荷时负荷功率因数与效率的乘积的综合平均值，取0.70～0.77
2.2 厂用电变压器型式选择
厂用电变压器的型式有油浸式及干式两种。由于厂用电变压器布置在厂房内，且环境较潮湿，故宜选用环氧树脂浇注干式变压器，它具有防尘耐潮性能好，散热性能好，体积小，过载能力强等优点。现在新建水电站一般很少使用油浸式变压器。
2.3 厂用电变压器接线组选择及分析
由于长期以来我国的配电变压器采用国家定型产品Y,yn0接线级别的变压器，但目前国际上许多国家均采用D,yn11接线级别的配电变压器，此接线级别的变压器主要有如下优点：
（1）损耗低，和同型号Y,yn0接线的变压器相比，D,yn11接线的变压器空载和负载损耗均较低。
（2）高次谐波电流由于有个闭合的Δ接线而将受到抑制。
（3）D,yn11接线的变压器零序阻抗较小，有利于单相接地故障的切除。
（4）D,yn11接线的变压器磁路中的磁通被削弱，不致因副边的零序电流而使变压器过热，因此这种接线的变压器中线电流不受限制，可等于线电流，从而扩大了其应用范围。
有鉴于此，新建水电站建议采用D,yn11接线级别的变压器。


3 厂用电低压电气设备的选择

过去水电站厂用电低压电气设备采用断路器——磁力启动器配合或采用熔断器——磁力启动器配合。磁力启动器或接触器是不能分断短路电流的操作电器，且熔断器的短路安——秒特性不稳定，而且可能在运行中引起单相熔断，使电动机处在非全相运行而造成电动机的过热，影响寿命。对于电动机过负荷，其熔断器熔体熔断时间视过负荷的倍数而定，在一般情况下熔体不熔断或熔断时间很长。为了避免选用熔断器的缺点，对重要负荷应采用断路器作

为短路、过载保护。对电动机采用具有过流、缺相、过载等综合保护功能的保护器。

4 厂用电中性点接地方式

配电变压器400V侧中性点接地方式一般为中性点直接接地和中性点不接地两种。
中性点直接接地系统多适用于单相负荷较多，三相负荷（如三相电动机）较少的场合以保证零点不发生偏移，使单相电压基本恒定，单相负荷不会过压。但当发生单相接地时，要造成短路，使开关跳闸，系统停用。水电站厂用电变压器大多采用这种接地方式
中性点不接地系统多适用于三相负荷较多且较重要的场合。当发生单相接地故障时，各线电压保持不变，三相负荷得以正常运行，而对于单相负荷，中性点偏移至一个相电压，而另外两相对零线的电压升高至√3倍相电压，容易烧坏单相电器。
水电站厂用电系统一般采用TN-C-S系统接线，从厂用电变压器至配电屏或主配电屏至各分配电屏采用TN-C接线，从配电屏至各设备采用TN-S接线。


5 厂用电系统控制

厂用电系统一般采用就地控制，现在一般机组辅助设备和全厂公用设备均单独控制，厂用电系统只提供动力电源。
厂用电变压器的监控接入公用LCU中。

6 厂用电变压器保护及厂用电400V母线保护

厂用电变压器一般采用无时限电流速断作为主保护，此保护采用两相三继电器式不完全星形接线方式，能够正确地反映各种相间短路，且接线简单，动作迅速、可靠、经济。后备保护为定时限过电流保护，此保护采用两相不完全星形接线作为主保护拒动时的近后备及400V母线故障时的远后备，保护接线简单、可靠、灵敏性高。
厂用电400V母线一般只设后备保护即过电流保护。
采用微机保护的原理相同，厂用电保护可单独组屏也可并入发变组保护中。
备自投一般单独根据需要设置。

7 厂用电系统经济运行分析

厂用电系统的经济运行应从厂用电设备的投资、运行、维护等多方面进行分析。
运行上其重要的一点就是要有节约用电的意识，做好一点一滴来实现厂用电系统的经济运行，具体措施有：
(1)在现有的厂用电变压器容量的情况下，采用明备用方式，并将备用变压器处于冷备用状态，以减少备用变压器的空载损耗。
(2)全厂照明回路采用声、光、触摸、感应等控制方式，如路灯采用声光控结合。
(3)尽量采用节能灯具。
(4)有条件的可将技术供水联络运行，以减少技术供水泵运行台数。
(5)注意空调等大宗厂用电负荷的及时投切。
(6)减少油、水、气系统的跑、冒、滴、漏，以减少各系统电动机的起动次数等。
总之，厂用电系统在水电站具有重要作用，设计时应全面考虑系统接线、选择变压

器等设备，配备相应监控、保护系统。运行中采用各种方式节电，以实现经济运行。