水電站電氣主接線優化設計研究論文

摘要：水電站電氣主接線設計合理與否直接影響到電力系統、水電站等安全執行。以某水電站爲研究對象，設計了單母線接線、擴大單元接線等幾種形式，透過對比其經濟性、靈活性和可靠性，獲得該電站最優電氣主接線。

關鍵詞：水電站；電氣主接線；設計

電氣主接線就是將發電機、變壓器、斷路器、隔離開關、電抗器、電容器、互感器和避雷器等一次電氣設備按照預期的生產流程構成的電能生產、轉化、輸送和分配的電氣迴路。其設計是大中小型水電站電氣部分設計的重要組成之一，直接影響各種電氣設備的選擇、配電裝置的佈置以及繼電保護的確定，對於建成後水電站的安全經濟執行有着至關重要的作用。以往水電站電氣主接線設計主要圍繞短路計算，變壓器、配電裝置以及無功補償裝置等開展電氣主接線具體設計，即重點在於短路計算和設備選型，對電氣主接線方式分析不足。本文在總結電氣主接線理論和工作經驗的基礎上，以某水電站爲例，具體分析發電機側和變壓器側均用單母線接線、發電機側採用單元接線和擴大單元接線而變壓器側採用單母線接線、發電機側單母線接線而變壓器側角形接線、電源單元及擴大單元而主變角形接線等方案的優劣，獲得最優電氣主接線設計方案，進而強調了電站電氣主接線設計優化的重點。

1電氣主接線設計原則

主接線設計應滿足可靠性、靈活性和經濟性等3項基本要求。具體要求如下：

1.1可靠性

供電可靠性是電力生產和分配的首要要求，主接線首先滿足這個要求。可靠性的衡量標準具體如下：1）斷路器檢修時，系統的供電不宜受影響。

2）斷路器或者母線發生故障以及母線檢修時，儘量減少停運的迴路數和停運時間。

3）儘量避免發電廠，變電所全部停運的機率。

1.2靈活性

主接線應滿足在調度、檢修及擴建時的靈活性。

1）調度時，應可以靈活得投入和切除發電機變壓器和線路，滿足系統在事故執行方式、檢修執行方式系統調度，並儘可能減少隔離開關的操作次數。

2）檢修時，可以方便的停運斷路器和其他繼電保護裝置，進行安全檢修而不至於影響電力系統的管理執行和對用戶的供電。

1.3經濟性

1）主接線應儘量簡單，以節省斷路器、隔離開關、電壓互感器和電流互感器、避雷器等一次設備。2）要使繼電保護和二次迴路不過於複雜，以節省二次設備。

3）要能限制短路電流，以便於選擇廉價的電氣設備或者低耗電電器。

2水電站電氣主接線設計方案

2.1研究對象

某水電站裝機3臺，電站單機容量爲500kW、總裝機容量爲1500kW，發電機的出口電壓爲3kV，主變高壓側電壓爲35kV電壓等級，經過一回線與系統相互連接。爲此，根據發電廠電氣主接線設計原理，設計4種方案如表1所示。

2.2具體方案

1）發電機側和變壓器側均用單母線接線。如圖1所示，整個配電裝置發電機側和變壓器側都有且僅各有一條母線（即單母線接線），不同的發電機進線和出線都分別透過隔離開關和斷路器被連接到同一條母線上。因此各個電源可以透過母線不僅可以確保並列工作，又能讓出線迴路同時經過2個冗餘的變壓器從3個發電機上得到產生的電能。這種接線型式簡單明瞭、所需設備較少、成本低，利於擴建及採用成套的'配電裝置。

2）發電機側採用單元接線和擴大單元接線，變壓器側採用單母線接線。如圖2所示，單元接線是電源與變壓器低壓側間只裝設刀閘，變壓器高壓側裝置斷路器。這種接線型式接線簡單、空間佔用少、繼保簡單，任何一個元件的檢修或者故障只會影響此單元的執行。單元接線會使主變和高壓電氣設備複雜，高壓設備佔用空間增多，投資相對較大。

3主接線設計對比分析

3.1經濟性比較

由於本設計是小型水電站的電氣初步設計，主要考慮經濟型，靈活性及可靠性，表2是對電站所需變壓器、隔離開關（刀閘）、斷路器的數量初步預算。

3.2可靠性、靈活性對比

方案1由於不同的發電機進線和出線都分別透過隔離開關和斷路器被連接到同一條母線上，檢修及控制靈活性不高、可靠性差。當斷路器檢修時，整條迴路需要全部停電檢修。母線或隔離開關出現故障或檢修時就要電站全部停電操作。方案2擴大單元接線是2臺及以上的發電機連接1臺主變，故障波及範圍較大，主變檢修或者出現故障時，此種接線將不能把2臺機組容量送出，因此可靠性較差。方案3採用角形接線，該連接方式在任何一2016年10月機電技術臺斷路器故障或者檢修時，閉環執行轉變成開環執行，如若此時再有一處發生故障，將造成供電紊亂，因此可靠性降低。因爲擴建困難，也不適合將來要擴建的電站。方案4可靠性比較高，檢修維護方便。閉環執行有較高的可靠行及靈活性；檢修任何一臺斷路器僅須斷開斷路器和兩邊的刀閘，操作簡單無任何迴路停電；斷路器使用數量較少，投資省、佔地少。

3.3綜合分析

方案2雖然經濟性較好，但多應用於4臺及4臺以上機組的電站比較實用，所以本設計電站不宜採用。方案3、4的電氣設備投資相對而言比較多，靈活性也能滿足設計要求，但是隔離開關需要帶電倒閘操作，大大增加了誤操作的概率，如果出現兩處斷路器故障，將導致供電紊亂且繼保複雜，直接影響到了可靠性，因此也不是最佳方案。方案1雖然經濟性性沒有方案2可靠，但電能損失較小，而且不容易出現倒閘操作，可以降低事故率，這種方案對裝機1500kW的電站來說非常實用。由於設計的水電站屬於小型水電站，運用複雜且昂貴的接線方案增加成本不經濟，在滿足供電可靠和電能質量的條件下選擇接線簡單、執行靈活和操作簡便的主接線，同時應儘可能降低投資、減少執行費用、滿足擴建的要求。所以綜合考慮之後，選取方案1作爲最佳方案。

4結束語

本文以某小型水電站爲例，設計了4種不同的電氣主接線方案，並透過對比可靠性、靈活性和經濟性，選擇了最優的設計方案。設計分析過程表明，水電站主接線方案設計是主接線設計的基礎，選擇適合水電站條件的主接線方案，不僅能提高執行可靠性、降低經濟成本，而且對後續短路計算和設備選型的可靠性與經濟性也有着重要影響。

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