水电站电气一次系统设计分析

  水电站作为水能发电在我国被广泛应用,本文从水电站一次系统设计的主接线及变压器和电气设备的分析选择,在获得主接线方案的基础上,对水电站的各项设备进行优选。 
  关键词水电站 一次系统 设计 
  引言 
  电力已经成为国家的重能源,随着国民经济的不断增长,各行各业对电力的需求不断加大。利用水力发电是发电的一种常见重方式。水电站原理是利用水能转换为电能的综合工程设施,包括由挡水、泄水建筑物形成的水库和水电站引水系统等水电站的建设受地理位置的影响,投资大,工期长,发电效率高,运行成本低。天然流量受水文、气象等自然条件的影响,利用水库调节径流可缩小洪水和枯水期的差别,满足不同调节的需求。水电站是电力系统的重组成。水电站电气一次系统设计包括第一电气主接线设计,第二主变压器选择,第三短路电流的计算和第四主电气设备的选择。 
  1.水电站电气一次系统主接线设计 
  电气主接线也称作电气一次接线,主接线设计根据电力系统资料及本电站在电力系统中的地位、作用、机组容量及运行方式,按照接线简单清新、技术先进、设备故障影响范围小且经济适用便捷的原则进行一次系统设计。对于水电站的设计,为确保电能生产输送等全过程的电能质量,一般都是通过一次接线的方式,将电厂变压器、发电机及母线、隔离开关等器件按照某种事宜方式连接,最终实现高电厂电能质量的目的。所以,水电站一次系统设计严格按照技术规定和依据的同时还结合工程实际具体特点,准确掌握原始资料,保证方案设计的可靠性、灵活性和经济性。 
  1.1主接线设计步骤 
  根据水电站的原始资料及设计任务书,在原始资料的基础上级各电压等级的拟定来确定主接线方案。各主接线设计方案必须满足系统和用户对供电的可靠性,通过经济比较,最后确定最佳方案,并绘制电气主接线图,工程图采用新国际图形符号和文字代号,将所有设备的型号、主参数及电缆截面等标注在图上。 
  1.2主接线设计求 
  主接线应满足可靠性、灵活性、经济性和拓展性这四个方面的求。首先可靠性是衡量水电站标准实际运行的前,是为用户供持续、优质电力的保障,因此充分做好调研工作,力求避免决策失误,在分量计算分析的基础数据尚不完善的情况下,充分做好开关、母线等一次设备及相对应的继电保护、自动装置等二次设备的调研工作。全面综合分析一次系统的可靠性,鉴于此,使用可靠性较高的设备是高主接线可靠性的首捷径。灵活性是主接线设计在设备应用中的求,在热备用、冷备用和各种检修方式运行下的调度时,求可以灵活投入或切除发电机,变压器和线路元件。检修时,灵活性高的设计在不影响电网正常运行的前的可以方便停运断路器及二次设备,并方便设置安全措施。主接线的设计还满足经济性,在满足各项技术求的基础上简化配置,节省一次设备的使用数量,优化控制电缆的走向,节省二次设备和控制电缆长度,选用适合且廉价的轻型设备,以节省开支;主接线轻型及线路的控制可以在场地布置和选型上节省占地面积,且合理的选择变压器的类型、容量和数量等可以减少电能的损耗。主接线的发展性是指可以容易从初期接线方式过度到最终接线,在不影响持续供电作业的情况下,减少对一次和二次部分工作量的改动,且完成过渡期扩建任务。 
  1.3电气主接线适宜选择 
  如果该水电站的电站容量属于中等类型,在系统中担任调峰任务,在地方电网中作为重电源,所以该电站不宜采用扩大单元接线,可采用一机一变单元接线,此种接线的优点是接线简明清晰,故障影响范围较小,运行灵活、稳定,继电保护简单。为适应水电站频繁调峰求及相关设计规定,设置发电机与主变压器之间的断路器;为减少故障范围并适宜同期操作,可设置发电机出口断路器来高厂用电的可靠性和灵活性。 
  对水电站总装机规模为2x15mw的两台发电机考虑两回11kv出线,选择两个接线方案进行比较。方案一两台发电机出口侧由一台11kv主变压器升压后,引入11kv单母线,两回11kv出线均由11kv单母线引出,11kv侧开关站采用GIS方式。发电机为高压机组,出口电压为1.5kv,两台发电机通过出口开关柜后共用一回1.5kv母线,由1.5kv母线引一回出线通过一台11kv变压器升压后引入11kv侧组合电器。厂用电通过一台1.5/.4kv降压变压器引至低压配电屏,厂用电的回线是在1.5kv母线上引出的,同时引一回1kv外来电源作为厂备用电源,供电站用电,两回厂用电互为备用,由厂用变低压侧引一回.4kv出线供坝区防洪、照明用电。方案二两台发电机分别与两台11kv变压器组成发电机,其中两台变压器组成单元接线,高压侧为11kv单母线接线,两变压器高压侧共用一回11kv单母线,两回11kv出线分别由11kv单母线引出,其中一回为备用出线。两台主变高压侧断路器间隔、11kv母线PT间隔、两条11kv出线间隔均采用组合电器方式。发电机为高压机组,出口电压为1.5kv,分别由发电机出口侧引两回出线作为厂用电,两回厂用电分别通过一台1.5kv变压器降压为.4kv后引致低压配电屏,从厂用电低压侧分别引一回供坝区防洪、照明用电,并引一回1kv外来电源作为厂用电备用电源,配置一台柴油发电机作为坝区用电备用电源。方案1的主变压器检修时,两台机组均不能发电上网,方案2 的灵活性较1好,可根据水电站的类型及运行特点选择适宜方案。 
  2.变压器的选择 
  变压器是发电厂和变电站最主的设备之一,在电气设备中的投资所占比例较大,变压器台数的选择与发电厂的接入方式、机组的台数、容量及基本接线方式等相关配套设施关系密切,因此对变压器的台数、容量和型式的选择至关重,对发电厂、变电站的技术经济影响较大,同时也是主接线方案确定的基础。基本上求变应与其他各个环节的可靠性一致,两台变压器联合运行的性能足够用于中小型水电站和变电站,运行方式可以根据水电站不同的水量期来决定是否同时运行还是一台运行一台推出的方式,运行方法较为灵活。两台主变压器有利于工程分期的过渡,一般中、小型水电站的变压器台数为1-2台即可,如果该变电所属于小型变电所,且没有其他低压电源向低压侧重负荷供电,所以可选择两台变压器作为该变电站的主变压器。 
  3.电气设备选择 
  水电站各种电气设备及导体的选择,必须按照国家有关技术经济政策,做到技术先进、经济合理、安全可靠的发展,以满足电力系统各方面运行的需求。按照水电部颁布的《导体和电器选择设计技术规定SDGJ14-86》对导体、电动器、热稳定等进行验算。对11kv电压侧设备拟定的GIS设备和敞开式设备方案进行技术、经济对比,选择较为适宜方案。对11kv设备中使用的母线选用硬的铜导线计算方式 
  对1kv设备高压侧用离相式全屏蔽绝缘铜管母线选择计算方式 
  参考文献 
  1 水电站电气一次部门初步设计 
  2 黎红毅 某水电站电气一次系统设计分析(B) 水利科技与经济 16-7175(214)8-13-3 
  作者简介王小斌。1963年5月。男。汉族。山东省济南市人。大专学历。工程师。从事水利工程电气一次设计工作。