水電站電氣主接線(xiàn)優(yōu)化設計研究論文
摘要：水電站電氣主接線(xiàn)設計合理與否直接影響到電力系統、水電站等安全運行。以某水電站為研究對象，設計了單母線(xiàn)接線(xiàn)、擴大單元接線(xiàn)等幾種形式，通過(guò)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(xiàn)。
關(guān)鍵詞：水電站；電氣主接線(xiàn)；設計
電氣主接線(xiàn)就是將發(fā)電機、變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、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(chǎn)流程構成的電能生產(chǎn)、轉化、輸送和分配的電氣回路。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(zhù)至關(guān)重要的作用。以往水電站電氣主接線(xiàn)設計主要圍繞短路計算，變壓器、配電裝置以及無(wú)功補償裝置等開(kāi)展電氣主接線(xiàn)具體設計，即重點(diǎn)在于短路計算和設備選型，對電氣主接線(xiàn)方式分析不足。本文在總結電氣主接線(xiàn)理論和工作經(jīng)驗的基礎上，以某水電站為例，具體分析發(fā)電機側和變壓器側均用單母線(xiàn)接線(xiàn)、發(fā)電機側采用單元接線(xiàn)和擴大單元接線(xiàn)而變壓器側采用單母線(xiàn)接線(xiàn)、發(fā)電機側單母線(xiàn)接線(xiàn)而變壓器側角形接線(xiàn)、電源單元及擴大單元而主變角形接線(xiàn)等方案的優(yōu)劣，獲得最優(yōu)電氣主接線(xiàn)設計方案，進(jìn)而強調了電站電氣主接線(xiàn)設計優(yōu)化的重點(diǎn)。
1電氣主接線(xiàn)設計原則
主接線(xiàn)設計應滿(mǎn)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(xiàn)首先滿(mǎn)足這個(gè)要求�？煽啃缘暮饬繕藴示唧w如下：1）斷路器檢修時(shí)，系統的供電不宜受影響。
2）斷路器或者母線(xiàn)發(fā)生故障以及母線(xiàn)檢修時(shí)，盡量減少停運的回路數和停運時(shí)間。
3）盡量避免發(fā)電廠(chǎng)，變電所全部停運的幾率。
1.2靈活性
主接線(xiàn)應滿(mǎn)足在調度、檢修及擴建時(shí)的靈活性。
1）調度時(shí)，應可以靈活得投入和切除發(fā)電機變壓器和線(xiàn)路，滿(mǎn)足系統在事故運行方式、檢修運行方式系統調度，并盡可能減少隔離開(kāi)關(guān)的操作次數。
2）檢修時(shí)，可以方便的停運斷路器和其他繼電保護裝置，進(jìn)行安全檢修而不至于影響電力系統的管理運行和對用戶(hù)的供電。
1.3經(jīng)濟性
1）主接線(xiàn)應盡量簡(jiǎn)單，以節省斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、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回路不過(guò)于復雜，以節省二次設備。
3）要能限制短路電流，以便于選擇廉價(jià)的電氣設備或者低耗電電器。
2水電站電氣主接線(xiàn)設計方案
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，主變高壓側電壓為35kV電壓等級，經(jīng)過(guò)一回線(xiàn)與系統相互連接。為此，根據發(fā)電廠(chǎng)電氣主接線(xiàn)設計原理，設計4種方案如表1所示。
2.2具體方案
1）發(fā)電機側和變壓器側均用單母線(xiàn)接線(xiàn)。如圖1所示，整個(gè)配電裝置發(fā)電機側和變壓器側都有且僅各有一條母線(xiàn)（即單母線(xiàn)接線(xiàn)），不同的發(fā)電機進(jìn)線(xiàn)和出線(xiàn)都分別通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)和斷路器被連接到同一條母線(xiàn)上。因此各個(gè)電源可以通過(guò)母線(xiàn)不僅可以確保并列工作，又能讓出線(xiàn)回路同時(shí)經(jīng)過(guò)2個(gè)冗余的變壓器從3個(gè)發(fā)電機上得到產(chǎn)生的電能。這種接線(xiàn)型式簡(jiǎn)單明了、所需設備較少、成本低，利于擴建及采用成套的配電裝置。
2）發(fā)電機側采用單元接線(xiàn)和擴大單元接線(xiàn)，變壓器側采用單母線(xiàn)接線(xiàn)。如圖2所示，單元接線(xiàn)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(xiàn)型式接線(xiàn)簡(jiǎn)單、空間占用少、繼保簡(jiǎn)單，任何一個(gè)元件的檢修或者故障只會(huì )影響此單元的運行。單元接線(xiàn)會(huì )使主變和高壓電氣設備復雜，高壓設備占用空間增多，投資相對較大。
3主接線(xiàn)設計對比分析
3.1經(jīng)濟性比較
由于本設計是小型水電站的電氣初步設計，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(kāi)關(guān)（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由于不同的發(fā)電機進(jìn)線(xiàn)和出線(xiàn)都分別通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)和斷路器被連接到同一條母線(xiàn)上，檢修及控制靈活性不高、可靠性差。當斷路器檢修時(shí)，整條回路需要全部停電檢修。母線(xiàn)或隔離開(kāi)關(guān)出現故障或檢修時(shí)就要電站全部停電操作。方案2擴大單元接線(xiàn)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，主變檢修或者出現故障時(shí)，此種接線(xiàn)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(xiàn)，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(shí)，閉環(huán)運行轉變成開(kāi)環(huán)運行，如若此時(shí)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(lái)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(kāi)斷路器和兩邊的刀閘，操作簡(jiǎn)單無(wú)任何回路停電；斷路器使用數量較少，投資省、占地少。
3.3綜合分析
方案2雖然經(jīng)濟性較好，但多應用于4臺及4臺以上機組的電站比較實(shí)用，所以本設計電站不宜采用。方案3、4的電氣設備投資相對而言比較多，靈活性也能滿(mǎn)足設計要求，但是隔離開(kāi)關(guān)需要帶電倒閘操作，大大增加了誤操作的概率，如果出現兩處斷路器故障，將導致供電紊亂且繼保復雜，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(méi)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(lái)說(shuō)非常實(shí)用。由于設計的水電站屬于小型水電站，運用復雜且昂貴的接線(xiàn)方案增加成本不經(jīng)濟，在滿(mǎn)足供電可靠和電能質(zhì)量的條件下選擇接線(xiàn)簡(jiǎn)單、運行靈活和操作簡(jiǎn)便的主接線(xiàn)，同時(shí)應盡可能降低投資、減少運行費用、滿(mǎn)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結束語(yǔ)
本文以某小型水電站為例，設計了4種不同的電氣主接線(xiàn)方案，并通過(guò)對比可靠性、靈活性和經(jīng)濟性，選擇了最優(yōu)的設計方案。設計分析過(guò)程表明，水電站主接線(xiàn)方案設計是主接線(xiàn)設計的基礎，選擇適合水電站條件的主接線(xiàn)方案，不僅能提高運行可靠性、降低經(jīng)濟成本，而且對后續短路計算和設備選型的可靠性與經(jīng)濟性也有著(zhù)重要影響。
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