水電站電氣主接線優(yōu)化設(shè)計研究論文
摘要：水電站電氣主接線設(shè)計合理與否直接影響到電力系統(tǒng)、水電站等安全運行。以某水電站為研究對象，設(shè)計了單母線接線、擴大單元接線等幾種形式，通過對比其經(jīng)濟性、靈活性和可靠性，獲得該電站最優(yōu)電氣主接線。
關(guān)鍵詞：水電站；電氣主接線；設(shè)計
電氣主接線就是將發(fā)電機、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電抗器、電容器、互感器和避雷器等一次電氣設(shè)備按照預(yù)期的生產(chǎn)流程構(gòu)成的電能生產(chǎn)、轉(zhuǎn)化、輸送和分配的電氣回路。其設(shè)計是大中小型水電站電氣部分設(shè)計的重要組成之一，直接影響各種電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置以及繼電保護的確定，對于建成后水電站的安全經(jīng)濟運行有著至關(guān)重要的作用。以往水電站電氣主接線設(shè)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(shè)計，即重點在于短路計算和設(shè)備選型，對電氣主接線方式分析不足。本文在總結(jié)電氣主接線理論和工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，以某水電站為例，具體分析發(fā)電機側(cè)和變壓器側(cè)均用單母線接線、發(fā)電機側(cè)采用單元接線和擴大單元接線而變壓器側(cè)采用單母線接線、發(fā)電機側(cè)單母線接線而變壓器側(cè)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(yōu)劣，獲得最優(yōu)電氣主接線設(shè)計方案，進而強調(diào)了電站電氣主接線設(shè)計優(yōu)化的重點。
1電氣主接線設(shè)計原則
主接線設(shè)計應(yīng)滿足可靠性、靈活性和經(jīng)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(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)具體如下：1）斷路器檢修時，系統(tǒng)的供電不宜受影響。
2）斷路器或者母線發(fā)生故障以及母線檢修時，盡量減少停運的回路數(shù)和停運時間。
3）盡量避免發(fā)電廠，變電所全部停運的幾率。
1.2靈活性
主接線應(yīng)滿足在調(diào)度、檢修及擴建時的靈活性。
1）調(diào)度時，應(yīng)可以靈活得投入和切除發(fā)電機變壓器和線路，滿足系統(tǒng)在事故運行方式、檢修運行方式系統(tǒng)調(diào)度，并盡可能減少隔離開關(guān)的操作次數(shù)。
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于影響電力系統(tǒng)的管理運行和對用戶的供電。
1.3經(jīng)濟性
1）主接線應(yīng)盡量簡單，以節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器和電流互感器、避雷器等一次設(shè)備。2）要使繼電保護和二次回路不過于復(fù)雜，以節(jié)省二次設(shè)備。
3）要能限制短路電流，以便于選擇廉價的電氣設(shè)備或者低耗電電器。
2水電站電氣主接線設(shè)計方案
2.1研究對象
某水電站裝機3臺，電站單機容量為500kW、總裝機容量為1500kW，發(fā)電機的'出口電壓為3kV，主變高壓側(cè)電壓為35kV電壓等級，經(jīng)過一回線與系統(tǒng)相互連接。為此，根據(jù)發(fā)電廠電氣主接線設(shè)計原理，設(shè)計4種方案如表1所示。
2.2具體方案
1）發(fā)電機側(cè)和變壓器側(cè)均用單母線接線。如圖1所示，整個配電裝置發(fā)電機側(cè)和變壓器側(cè)都有且僅各有一條母線（即單母線接線），不同的發(fā)電機進線和出線都分別通過隔離開關(guān)和斷路器被連接到同一條母線上。因此各個電源可以通過母線不僅可以確保并列工作，又能讓出線回路同時經(jīng)過2個冗余的變壓器從3個發(fā)電機上得到產(chǎn)生的電能。這種接線型式簡單明了、所需設(shè)備較少、成本低，利于擴建及采用成套的配電裝置。
2）發(fā)電機側(cè)采用單元接線和擴大單元接線，變壓器側(cè)采用單母線接線。如圖2所示，單元接線是電源與變壓器低壓側(cè)間只裝設(shè)刀閘，變壓器高壓側(cè)裝置斷路器。這種接線型式接線簡單、空間占用少、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運行。單元接線會使主變和高壓電氣設(shè)備復(fù)雜，高壓設(shè)備占用空間增多，投資相對較大。
3主接線設(shè)計對比分析
3.1經(jīng)濟性比較
由于本設(shè)計是小型水電站的電氣初步設(shè)計，主要考慮經(jīng)濟型，靈活性及可靠性，表2是對電站所需變壓器、隔離開關(guān)（刀閘）、斷路器的數(shù)量初步預(yù)算。
3.2可靠性、靈活性對比
方案1由于不同的發(fā)電機進線和出線都分別通過隔離開關(guān)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(dāng)斷路器檢修時，整條回路需要全部停電檢修。母線或隔離開關(guān)出現(xiàn)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(fā)電機連接1臺主變，故障波及范圍較大，主變檢修或者出現(xiàn)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采用角形接線，該連接方式在任何一2016年10月機電技術(shù)臺斷路器故障或者檢修時，閉環(huán)運行轉(zhuǎn)變成開環(huán)運行，如若此時再有一處發(fā)生故障，將造成供電紊亂，因此可靠性降低。因為擴建困難，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(huán)運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，操作簡單無任何回路停電；斷路器使用數(shù)量較少，投資省、占地少。
3.3綜合分析
方案2雖然經(jīng)濟性較好，但多應(yīng)用于4臺及4臺以上機組的電站比較實用，所以本設(shè)計電站不宜采用。方案3、4的電氣設(shè)備投資相對而言比較多，靈活性也能滿足設(shè)計要求，但是隔離開關(guān)需要帶電倒閘操作，大大增加了誤操作的概率，如果出現(xiàn)兩處斷路器故障，將導(dǎo)致供電紊亂且繼保復(fù)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(jīng)濟性性沒有方案2可靠，但電能損失較小，而且不容易出現(xiàn)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。由于設(shè)計的水電站屬于小型水電站，運用復(fù)雜且昂貴的接線方案增加成本不經(jīng)濟，在滿足供電可靠和電能質(zhì)量的條件下選擇接線簡單、運行靈活和操作簡便的主接線，同時應(yīng)盡可能降低投資、減少運行費用、滿足擴建的要求。所以綜合考慮之后，選取方案1作為最佳方案。
4結(jié)束語
本文以某小型水電站為例，設(shè)計了4種不同的電氣主接線方案，并通過對比可靠性、靈活性和經(jīng)濟性，選擇了最優(yōu)的設(shè)計方案。設(shè)計分析過程表明，水電站主接線方案設(shè)計是主接線設(shè)計的基礎(chǔ)，選擇適合水電站條件的主接線方案，不僅能提高運行可靠性、降低經(jīng)濟成本，而且對后續(xù)短路計算和設(shè)備選型的可靠性與經(jīng)濟性也有著重要影響。
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