水电站电气设备优化设计的几点思考

水电站电气设备优化设计的几点思考

发表时间：2019-03-12T16:13:25.020Z 来源：《电力设备》2018年第27期作者：叶爽申良杨恒吴敏赵聚平吴志峰[导读] 摘要：随着经济的高速发展，能源供不应求，生态环境压力不断增大，可再生、无污染的水电产业的发展前景广阔。

（湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司）

摘要：随着经济的高速发展，能源供不应求，生态环境压力不断增大，可再生、无污染的水电产业的发展前景广阔。水电站的建设不仅促进水力资源的开发和利用，而且能改善生态环境、创造巨大的经济价值以及为社会生产生活用电提供有力的保障。电气设计作为水电站建设的重要环节，电气优化设计不仅能确保水电站的安全稳定运行，而且推动水电产业的可持续发展。

关键词：水电站；电气优化设计；方法分析

一、前言

水电站在电力系统中担任调频、调峰、调相、备用等任务，主要包含由挡水、泄水建筑物形成的水库、机电设备、水电站引水系统及发电厂房等[1]。水电站建设是一项综合性工程，水电站电气优化设计关系水电站的安全稳定运行，其重要性不言而喻。

二、水电站电气设备类型及问题

水电站电气设备主要分为一次电气设备与二次电气设备。其中，一次设备包括发电设备、升压变设备等，如：发电机和变压器。二次设备包括计算机监控系统、励磁系统、继电保护系统、辅机控制系统、自动装置等。

随着水电站的长时间运行，早期投产的水电站的设备问题逐渐显露，其中一、二次电气设备的不合理设计尤为凸出，如：电气主接线缠绕、电缆防火封堵不规范及未分层布置、设备直流电源采用冗余设计等。这些问题严重影响了水电站的正常运行，给社会生产及生活带来许多不利影响。为保障水电站的安全稳定运行，促进社会经济的可持续发展，必须高度重视采取有效措施对水电站的电气设计进行优化设计。

三、水电站一次设备的优化设计

水电站电气一次设备优化设计主要针对发电机、变压器等相关设备存在的缺陷和不足进行完善、改进。

（一）电气接线方面

由于水电站一次电气设备间的布线优化决定着输电安全，一次电气设备设计应以水电站的实际作用为标准进行设计，并全面考虑水文气象、动能特征、建设规模、接入系统和布线等因素，从而确保一次电气设备设计的科学性与合理性。同时，应对接线的分布要进行合理设计，接线之间保持一定的距离，防止发生缠绕，降低维护难度[2] ，减少对电流稳定性的影响，避免对电气设备会造成一定的损害。

（二）发电机和变压器优化设计

通常情况下，发动机和变压器间采用离相封闭母线进行相连，以保证电力传输的安全性[3]。同时，为提高连接线出口的安全性，一般在发电机出口安装断路器，以保证电气设备运行的稳定性。发电机需接地一般采用通过变压器接地的方式来实现，以避免强电压危及发电机的正常运行。

（三）高压熔断器保护优化设计

高压限流熔断器装置由限流装置与氧化锌电阻组成，是水电站的常规一次备件，应用广泛。它主要用于保护电气设备免受过载和短路电流的损害。为使熔断器起到保护设备的作用，选择合适的类型及规格就变得尤为重要。熔断器的选型应考虑以下因素：施加在熔断器上的电流特性、电压特性、熔断器的环境温度、安装尺寸限制、应用线路等。当外加电压和安装尺寸一定的情况下，熔断器的选择主要从电流特性、环境温度及应用线路3个因素考虑。

厂用电系统选用限流熔断器时，应综合考虑厂用变压器低压端短路电流的最大值。通常情况下，应选择高于厂用电低压端与其他支路所流过的最大电流值，从而实现熔断器的保护作用，避免后续运行时反复出现跳闸。

三、水电站二次设备的优化设计

水电站电气二次设备主要以电源系统、计算机监控系统、机组保护、辅机控制设备以及相关自动装置为主，电气二次设备的优化设计包括直流电源优化、交流电源优化以及计算机监控系统优化。

（一）电源优化设计

为了节约成本，实现水电站利益的最大化，首先考虑采用交流电源供电，双回路供电的设备应安装无触点切换开关，以便一回电源失电时能快速切换至另一回电源供电。当电源出现异常情况时，无触点开关应在5秒钟之内进行切换，无扰动自动切至备用电源供电（交流或直流电源）。

水电站直流系统是一个独立的电源，主要为信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供电源。直流系统的正常与否直接影响电力系统的安全可靠运行。直流系统应安装相应的监控装置、绝缘监测单元、电池巡检单元等，对直流电源的运行进行实时监控，一旦出现异常现象就能及时发现处理，避免事故的发生。对于重要负荷的备用电源应采用直流电源供电，避免交流失压后设备拒动。

（二）计算机监控系统优化设计

水电站电气二次设备当中，计算机监控系统起到了关键的作用。计算机监控系统的应用促进了水电站的现代化发展。监控系统主要有电站控制级和现地控制单元组成，其主要功能是对水电站电气设备进行有效的监控，保障水电站整体的安全运行，同时为电气机组进行有效保护。水电站监控系统应采取必要的冗余措施，对一些重要的参数应采取开关量和模拟量双重监视，以便数据超标时，监控系统能够及时发出报警信号。计算机监控系统配置有远程通信系统、操作和控制系统、GPS时钟系统。通信系统应分频分层进行管理，从而保证通信的畅通，实时获取水电站的运行数据，使水电站电气设备机组能够安全平稳的运行[4]。

（三）进水口闸门回路控制优化设计

闸门控制回路的优化设计主要为保证机组安全稳定运、防止水淹厂房等。闸门控制回路设计时，应合理配置闸门接点，其中机械过速点与机械手动落门接点要单独设计，应对二次电缆通道、监控系统与大坝之间的光纤进行优化设计，便于实时监控机组、闸门情况，以防止进水口闸门的异常落下。由于水电站的进水口快速闸门是保护机组过速的重要防线，为防止事故发生，通常情况下，机组和进水口之间的电缆长度不应少于1000米，并应将电磁阀的线圈内阻限制在较低的范围内，避免电气运行系统发生霉断。

（四）防雷优化设计

由于水电站大部分处于偏远地区的峡谷区域。雷雨季节，水电站发电运行时，容易受到雷击，应对水电站构筑物的避雷针和防雷网进行优化设计，避免遭受雷击，引发全站失电事故。

四、结语

充分利用水资源，对严峻的能源危机和环境压力予以有效的缓解。水电站电气设备优化设计不仅兼顾了水电站的可靠性与实用性，而且还能避免浪费和设备闲置等。经过电气优化设计的水电站，将会为社会生产创造更大的价值。

参考文献：

[1]李克强,黎民.引松供水工程鹅头岭泵站电气优化设计[J].吉林水利，2012，（12）：33-34.

[2]周钢平.小型水电站电气工程设计实践与探析[J].科技与企业，2011，（07）：190-191.

[3]钟亚平.水电站电气设计问题的探讨[J].硅谷，2014，03：159-142.

[4]孙煜.小型水电站计算机监控系统设计[D].内蒙古大学，2013.

[5]程爱娟.智能化建筑电气节能优化设计探索[J].建筑知识,2016（09）.