小型水电站电气工程设计的实践探索

小型水电站电气工程设计的实践探索

发表时间：2019-01-23T10:51:53.953Z 来源：《建筑细部》2018年第15期作者：郭琪[导读] 针对小型水电站的电气一次设计相对简单，电气一次设计接线的回路比较少。

中国电建成都勘测设计研究院有限公司四川成都 610000 摘要：我国的时代发展脚步日益加快，电力系统也随即朝着绿色和智能化发展。最近几年，新型的清洁型能源不断显现，国家更加重视小型水电站的应用和发展，由于小型水电站具有投资少、收效快、工期短的优势，发展的速度不断加快，技术水平也得到更大的提升。本文围绕小型水电站的电气工程设计的类型，展开对设计方面问题的探讨，并提出相应的实践措施。

关键词：小型水电站；电气设计；问题探讨

一、小型水电站电气设计的类型

一般在小型水电站电气工程设计中包括电气一次设计和二次设计。（1）针对小型水电站的电气一次设计相对简单，电气一次设计接线的回路比较少，主要是包含了变压器和发电机等的接线进行设计，在主接线发电机侧方面应用较多的是扩大单元接线、单元接线、单母线接线。由于水电站的年负荷小时数利用率并不大，机组的满发时间较少，一般采用的是两台主变，以减少主变压器的耗费。（2）励磁系统、同期系统、继电保护及辅助设备、测量系统、操作电源小型水电站的自动化设计是小型水电站电气二次设计的主要内容。低压组水电站设计主要是用于低压机组一体化控制屏，发电机出口断路器、仪表、智能控制装置、励磁组件等组成了控制屏，水轮发电机组的一、二次设备被集成优化在一面屏当中。屏体使用的是全封闭的形式，有很好的防护作用。控制屏适合单机容量在1000KW以下的低压水轮发电机组，其功能全面并且操作相对简单。经过厂家进行完整测试后，在现场对其进行安装后就可以投入使用，降低了整体运行维护成本和调试过程，简化了联调工作。

二、小型水电站电气设计中容易出现的问题（1）在发电面的中性点接地方式当中，中性线引出过程中会变成环流，中性线中的电流为相线电流的三倍之多，加之零序电流的混入，更加容易将线路烧坏，影响发电机的正常工作，因此，在电气设计过程中，应采取三相四线的接线方式，才能让中性点直接接地，一般会经常在主变压侧接线中应用，以达到照明和变压的需要。可以应用三相三线的接线方式，解决发电机的中点线不可引出的问题。（2）一般在选取电气一次设备和进行布置时，都会应用机旁现地的形式，这样可以更有效的节省空间。在对变压器进行布置过程中，要对现有的安装手段综合考虑，应用合理并科学的方法，比如室外中式杆上布置法，能够更加有效的减少成本投入。如果在水电站室外空间不足时就不能采取这种方式，改为室内布置的方法。（3）在选择变压器的保护形式时，应该更多的考虑变压器的容量，大于400kVA的就要采取具有定时特性的过流保护和瞬时电流速断。小于400kVA就应采取高压跌落保险的措施。（4）在小型水电站的互感器当中，主要包括电压互感器和电流互感器两种方式，其可以更好的保护电站，使其正常的运行，并可以精确计算电流量。在对小型水电站电气设计过程中，由于其容量较小、精度低且不稳定，需要单独针对断路器的互感器进行设计，小型水电站断路器并网两端的电压互感器主要是用于计量变电站高压电压，并且进行计量，更好的保证了电压的电压值和频率。（5）如果自动控制设计的不够合理，那么水电站就会出现不能自动开关机的问题，水轮机不能依据实际水量自动调节，继电保护装置也没有了保护作用。为了保证水电站的工作效率，应减少人工操控的过程，简化操作流程，将整个过程都结合自动化操作。

三、电气主接线及短路电流的计算复核（1）对电气主接线的增效扩容工作已经在变电站当中运行了很多年，系统连接的地点以及送出工程基本已经稳定，变动不会太大，因此，不需要对电站的接入系统反复论证，只要目前的主接线相对合理，其增效扩容改造可以保持原有主接线的方案没有变化，这样就只需要对现有的规范和短路电流计算成果，并复核机组容量，再对设备进行选择就可以。针对少数的电站，改变原来的主接线形式，并且经过多次修改，增减部分设备，修改布置方式，导致接线方式和调配配置更加的不合理，损耗变高，继电保护更为复杂的结果。或者目前的接线方式并不能与电力系统的要求相适应，这时就要对主接线方案重新优化选择，对电压降和送出线路的输送容量进行复核，对电气设备的动、热稳定性以及电站内部电流互感器变比和开断电流等进行复核，以达到增效扩容的需求。但是必须遵照基本的原则，就是接入系统点和送出电压等级不变，否则就会造成资源的浪费和成本的增加。改变了主接线的运行方式以及接线方式后，如果涉及到了电力系统的计量、保护整定值、保护方式等问题时，就要与电力系统调度部门协商处理。（2）在早期投入的短路电流水电站的电力系统存在容量小的缺点，经历了不断发展的过程，其网络不断加强，容量也在不断增加，结构也发生了很大变化。通过改造发电机，电气的参数也发生了改变。所以，参考当前的电力系统参数，结合未来五至十年的发展，再对后机组参数进行合理改造，并对短路电流重新的进行计算和复核。根据复核的结果再去对目前电气设备的开断能力进行复核，将电气设备的参数和形式重新选择。一般高耗能的设备和淘汰的设备以及严重老化的设备通常都会跟机组增效扩容同时更换，这样可以更好提升变电站的安全性，减少维护程序，带来更大的经济效益，以保证全新的电气设备能够与电力系统的发展相适应。

四、电气设备的选择与布置

1995年以前的中小型水电站，由于受当时技术水平和建设资金的限制，电气设备存在性能较差、安全性不符合现要求、维护工作量大以及备品备件难以购买等问题。例如，低压开关柜多为GGD型或更老的BSL型等，开关和保护设备为DW系列或DZ10系列，而更多的是采用熔断器保护；10kV设备采用GG-1A开关柜配SN10少油断路器，或早期的真空断路器；35kV设备采用DW6、DW8等系列的多油断路器，或GBC户内型高压开关柜；110kV设备采用SW3、SW6及SW7少油型断路器；变压器采用SLJ1或SF7型等。这些设备是目前国家已明令禁止使用的产品，开断电流小，损耗大，不环保，由于诸多原因长期带病运行，严重影响电站和电网的安全，因此对这些电气设备进行更新换代是十分必要的。电气设备的选择应按照安全可靠、技术先进、维护简单方便和经济合理的原则进行，并应适应农村水电站的特点。

五、提高电气工程设计质量的具体措施