关于水电站电气优化设计的思考

关于水电站电气优化设计的思考
摘要：水电站是将水能转换为电能的综合工程设施，为我国社会主义现代化建设，缩小城乡差距、提高人民生活水平作出了巨大贡献。

随着经济建设的不断发展，水电事业的规模不断加大，技术水平不断提高，作为一项可再生且无污染的清洁能源，水电产业具有非常广阔的发展前景。

社会生产和生活的用电需求量的不断增加，因而须充分重视水电站的建设与水电的开发利用。

电气设计工作作为水电站工作的重要环节，只有不断进行优化，才能使水电真正成为造福我国人民的能源。

本文主要对水电站电气优化设计进行思考，分析水电站电气各个方面优化的措施。

关键词：水电站；电气优化设计；思考
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]。

我国国民经济进入全面发展新时期，工业化程度加快，资源与环境的矛盾越来越突出，能源供不应求，生态环境压力不断增大，水电站的建设，促进水力资源的开发和利用，为解决我国经济发展中能源短缺的问题作出了巨大贡献。

同时，水电站可再生且无污染的特点在改善生态环境、促进区域经济的协调和可持续发展方面的作用越来越凸显。

水电站建设不仅是一项综合性工程，更是一项民心工程，属于民生问题的历史范畴，不仅促进我们经济社会的和谐发展，还能缩小城乡差距、改善农村生产条件，提
高人民的生活，具有历史性的意义。

水电站电气的优化设计，是水电站的正常稳定运行的基础，其重要性不言而喻。

1.水电站的电气设备及存在问题
水电站电气设备主要有一次电气设备和二次电气设备两种，电气一次设备较为常见的是发电机个变压器，而电气二次设备则包含了监控、机组保护、状态检测等在内的多个系统。

随着水电站的发展，电气设备的问题逐渐显露，以此电气设备和二次电气设备的不合理设计，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。

因此，为保障水电站的正常运行，促进社会经济的可持续发展，须加强重视，采取有效措施，对水电站的电气设计进行优化设计。

2.水电站电气的优化设计
2.1一次电气设计的优化
2.1.1电气接线方面
一次电气设计须以水电站电气系统的实际作用为标准进行设计，同时，要统筹好多方因素，全面考虑水文气象、动能特征、建设规模、接入系统和布线等条件，确保一次电气设计的科学性与合理性。

同时，在保证质量的基础上，要根据客户的需要设计电气的主连接线，并合理利用先进技术，确保线路上线和下线间的安全距离，避免发生缠绕，形成电流干扰，从而降低电流稳定性，增加维护难度[2]。

2.2.2快速闸门控制回路方面
进水口的快速落门控制回路设计主要是为了保证机组的安全，主要通过设计二次电缆通道或者设计监控系统和大坝之间的光纤两种方式。

其中，二次电缆通道主要通过监控机组的运行情况，防止出现进水口的快速落门事件；在监控系统和大坝之间光纤的选取方面，要将电磁阀的线圈内阻控制在一定的高度内，过高的内阻会导致运行中的系统发生霉断。

水电站的进水口快速门是保护机组过速的重要防线，因而，要对其进行优化设计，以防事故的发生，通常情况下，机组和进水口之间的电缆长度不应少于1000米。

2.2.3发电机与主变压器方面
合理状态下，往往通过单一的变组单元连接线进行发电机和主变压器间的连接。

一次电气的优化设计设计，首先要明确发电机和变压器之间不能直接进行连接，而应使用离相封闭母线进行相连，最大程度地保证安全供电。

可在发电机上安置一个断路器，以此保障连接线出口的安全性。

在发电需要接地的情况下，要通过变压器来实现，使得较强电压的影响下发电机的正常运行。

2.2.4 220kv侧接线方面
水电站中，通常采用自耦式联络变接500kv与220kv之间的侧接线。

在水电站电气一次设计中，由于回进出线的220kv侧接线只有1个，因而不需要安装断路器。

但在二次设计中，应安装断路器，以便捷发电机频繁的开停机操作，保障发电机与变压器的安全运行，同时应采用单母线对水电站的220kv侧接线进行连接，且要确保电气组合的全封闭性。

通常情况下，220kv的侧连接有3个回进
出线，2个直接当作220kv的侧接线，剩余1个则用在联络变进线上。

2.3水电站电气二次设计的优化
2.3.1交流电源应用方面
为了节约成本，实现水电站利益的最大化，在水电站电气设备应用直流电源的同时，必须安装交流电源，且无需安装维护备用电池。

在对设备供电方面主要采用交流电源，但应在机组和交流电源之间安装无触点开关，以便发生突发情况时作出迅速反应。

一般情况下，备用电源使用直流电，而无触点开关在5秒钟之内进行切换，当出现异常情况时，无触点开关会自动切断交流电源，并使用备用电源，以此保障水电站的正常运行。

2.3.2直流电源应用方面
水电站电气设备可采用直流电源，以便对电器设备的机组进行检测、控制和维护，特殊情况下也可当作备用电源使用，直流电源的电阻应为104ω，电网频率为50hz[3]。

同时，还可以将单母线当成直流的母线，对单组充电电池和单组蓄电池的装配，可在直流母线上进行。

此外，在维护备用电池上配置微机操控开关需要花费较多资金，因而在资金等条件运行的情况下，可进行微机控制开关的配置，便于机组维修工作。

2.3.2计算机监控系统方面
计算机监控系统主要由限制控制单元级和电站控制级构成。

限制控制单元级主要用在控制编程方面，主要作用是有效地解决水电站
因电气设备体积庞大和程序复杂等原因导致的编程弊端。

在保障成本的情况下，电站控制级构成主要有1台复制打印服务机，1台远程通信工作站，2台主机和操作员工作站，1套连线式ups及1套卫星定位监测仪等[4]。

水电站电气二次设计应努力实现自动化，主要涉及机组和附属机械设备、全厂共用机械设备、发电机励磁的调整、机组的调速、发电机同期及信息的采集等方面。

水电站要实现自动化，应以降低成本为前提，在优化设计中，须考虑的具体措施主要包括：（1）计算机监控系统，即在大中型水电站网络、上位机以及现地控制等设备中，应采取必要的冗余措施。

（2）轮发电机组附属设备自动化系统，励磁装置的励磁可采用冗余的双微机双通道，机组进水主阀的控制可采用plc，调速则使用可编程的调速器。

在机组重要的水力机械参数方面，应采取开关量和模拟量进行双重监视等。

（3）全厂基础自动化系统，即采用单片机对于空压机进行控制，采用plc对给排水等系统进行控制，采取开关量和模拟量对一些重要的参数进行双重监视。

（4）报警系统，主要有安全自动装置及火灾报警系统。

（5）通信系统，在程控通信、光纤通信、电力载波及接入调度的通信网络管理系统等方面，应分频分层进行管理，从而保证通信的畅通。

3.总结
水电站的建设不仅有利于推进地方农业生产，将地方资源优势转变为产业优势和经济优势，并带动其他产业发展，使地方经济得到全面发展，还有利于促进民族团结、维护社会稳定，具有不可替代
的作用。

水电站电气一次设计、二次设计多方面进行优化设计，保障水电站的可靠性与实用性，同时应努力实现水电站自动化，完善水电站无人值班综合系统，尽可能避免浪费和闲置等现象的发生及节约成本。

除此之外，还要精确掌握水电站电气设备中的机组详细资料和运行情况，实施24小时监控制，从而保障水电站的安全可靠运行。

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]李超.大中型水电站电气防误系统设计研究[j].科技致富向导，2011，（27）：58.
[4]蔡志荣.增城市初溪水电站电气设计的几点心得[j].河南水利与南水北调，2013，（12）：32-33.。