某水电站电气一次设计分析

【摘要】：本文主要讨论高压限流熔断器组合保护装置、发电机中性点接地方式在水电站中的运用和实际效果。并对出现的相关问题进行了讨论，解决这几个问题可以有效提高水电站运行的稳定性，提高经济效益。

【关键词】高压限流器熔断保护装置 单相接地 计算机监控

中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：

0引言

中小型水电站现在还是中西部地区的供电主力，我国西部目前的供电现状是以中小型的水电站为主。这是由中西部的地理环境所决定的，由于西部地区海拔高、落差较大，而水量又比较丰沛，所以基本每条河流都会有水电站，而这些水电站的供应半径基本就是方圆几个村镇，下面我们就具体讨论中小型水电站的电气设计

高压限流熔断器组合保护装置

SP-JFUR高压限流熔断器组合保护装置是开发的高新技术产品。JFUR适用于3～35KV电力系统中具有较大短路容量的线路和厂用变压器，励磁变压器的回路。当系统发生短路时，可在1～2ms之内高压限流熔断器FU快速熔断，实现截流。JFUR与负荷开关组合时，FU本身所带的撞击器直接动作负荷开关，使其跳闸，避免缺相运行。JFUR与断路器组合时，由FU所带的微动开关接点项断路器发出联动命令。高能氧化锌电阻R将熔断器中的电弧电流转移到自身并吸收磁能，导通弧压，把开断时的过电压限制在设备绝缘允许范围以内。

这个装置有以下特点：第一快速性：本装置可在短路电流上升到峰值之前2ms内快速截流，通常水电站的设计和改造中高压熔断器限制电流一般需要2.5ms左右。3～4ms内切除故障，三相电流持续时间不超过6ms；第二限流性：截流值控制在最大短路冲击电流的20%，大大提高了系统和电力设备的动稳定余度。同时由于I2t大大降低，使热稳定余度提高200倍以上，降低了设备投资费用，延长了设备使用寿命；最后分断能力强，可靠性高：开断电流可达160KA，高能氧化锌压敏电阻吸能容量大于1000KJ。由于FU的熔断是由其物理特性决定，不存在拒动和误动现象，大大提高了设备的安全可靠性。Fu的时间-电流特性图1

图1 fu时间-电流特性曲线

2中性点接地方式

中性点接地系统分为三种：TN、TT、IT。过去我国一般都采用消弧线接地，近年来国内新建的一批水电站中大部分都采用了高阻接地的方式。消弧线圈接地在发电机发生单相接地故障时，可以不断开发电机开关，只发信号就可以由操作人员解决故障。在并网运行中，发电机如果发生了单相接地故障发电机单相接地的状态过电压值＜2.6，不会破坏发电机绝缘，同时由于经消弧线圈综合的接地电流很小，满足国家规定的标准，因此发电机才不用跳开关。低压侧最大短电路电流折算到高压侧的值对应的FU熔断时间一般是1秒。我们在设计时间【2】选用单相环氧干式变压器作为高压长用变压器，同时高昌变高压侧设计为与发电机出线相同的离相封闭母线，这样从根本上解决了高厂变高压侧的相间短路和母线的相间短路问题。

图2所示为中性点直接接地的电力系统示意图，这种系统中性点始终保持为地电位。正常运行时，各相对地电压为相电压，中性点无电流通过；如果该系统发生单相接地故障，因系统中出现了除中性点外的另一个接地点，构成了单相接地短路，如图2所示，单相短路用符号ｋ（１）表示，线路上将流过很大的单相短路电流Ｉ（１）ｋ ，各相之间电压不再是对称的。但未发生接地故障的两完好相的对地电压不会升高，仍保持相电压。因此，中性点直接接地的系统中的供用电设备的相绝缘只需按相电压来考虑，从而降低了工程造价。由于这一优点，我国１１０ｋＶ及以上的电力系统基本上都采用中性点直接接地的方式。在低压配电系统中，三相四线制的ＴＮ系统和ＴＴ系统也都采取中性点直接接地的运行方式。对于中性点直接接地的电力系统。有两个优点安全性和经济性，首先故障发生时保护装置会立即切除，因为系统的单相接使得在故障下立即变成单相短路，保护了电路；其次是经济性，其装置比较简单、方便，且在任何情况下都不会因为中性点电压升高而使系统单相接是电网产生过压问题，从而增加了无功功率。其缺点是该系统供电可靠性差，因为系统发生单相接地时由于继电保护作用使故障线路的断路器立即跳闸，所以降低了供电可靠性（为了提高其供电可靠性就需采用加自动重合闸装置等措施）。

图2中性点经消狐线圈接地系统发生单相接地故障图

3微机型纵差保护TA二次短线保护闭锁

TA二次断线的可能性很小，但是在电流差动的保护中，为了提高安全性，一般都有TA二次断线判据，并根据判据结果以及装置自身控制字诀定是闭锁还是开放保护。目前国内防止TA二次断线的方法一般有两种：一是提高差动门槛值，差动门槛值一旦提高，意味着保护装置给运行人员发出了警报信号，运行人员就会尽快消除安全隐患。二是在差动保护装置中设置启动元件，这样我们能通过启动元件来防止TA断线引起的误动，并由此得出TA断线的盘踞而对其进行保护处理，同时只有两侧的启动元件都启动，差动元件才能出口，该方法目前在国内得到了广泛的应用，实践证明这有效的防止了TA异常引起的差动保护的误动。

进水门快速门落门控制回路

水电站进水口快速门是机组过速保护的最后一道防线.目前我国事故快速门的控制现状不尽如人意，跟国际上的标准水电站有差距：首先是结构上设计的不合理，我国多数水电站的事故快速门都是“一控多的模式”，即以一套事故快速门控制系统控制多个甚至是整个事故快速门，这样导致的后果就是在发生事故或故障时，事故快速门控制系统发出的信号到达各个事故快速门需要浪费不少时间，而且监控系统也不能详尽了解所有进水门的信息，无法具体监控到进水门的信息将直接影响到事故快速门液压动力的监控，这样当洪峰来时，进水门的水压陡增会酿成更大的事故。另外“一控多的模式”也不能每台机组都接入专门的LCU，而只能接入公共的LCU，因此这套控制系统可靠性不高。因此为了保证安全性、可靠性和稳定性，在水坝上采用独立于发电站内的交流电源很有必要，万一发电站内突发什么事故也可以保证机组进水口事故快速门回落，这样就不会引发更大的事故；还可以多设计一个副事故快速门，平常可以走主门，有突况时可以启用副事故快速门。

5计算机监控系统与水车保护

中小型水电站由于资金的问题，不能采用大型的计算机监控系统，但是智能监控系统在中小型的水电站起着相当重要的作用。一般是用来，数据的采集、测量、和监控【3】。通过对数据的逻辑判断和分析自动调节出口的推力、上岛、下导、油压装置中的油压等模拟量的跳闸停机越限值。

6结语

近年来随着我国能源结构的调整，同时伴随着我国煤炭资源的日益枯竭，水电正逐渐成为取代火电成为我国供电的第一大能源，特别是三峡水电站的建成更是加速了这种趋势。我国水资源丰富，水能原含量也相当可观，在一些地势落差大的地区，水能源尤其丰厚，但是水能丰富的地区一般都位于我国的西部地区，导致水能利用率还占不到水能晕含量的1%，这是多么大的财富损失啊，近年来随着我国的西部大开发的逐渐深入，在祖国的西部地区特别是川藏云贵等高原地区，投资新建成了一批中小型的水电站，有效的缓解西部地区的工业生产和人民生活的供电压力，但是这还不够，至今西部许多地区仍然在供电方面不足，有的地区更是一年中有半年是没有电供应，我们应加快水电建设的步伐，争取早日让那些还不能稳定用上电的西部地区的人们有稳定的供电。

参考文献

[1]戈东方，等.电气工程电气设计手册[M].北京：中国电力出版社，2010

[2]王冰，杨德晔.中国树立发电工程机电卷[M]北京：中国电力出版社，2009

[3]王维俭.电气设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2011

[4]李定中.水电站设置发电机断路器的讨论[J].2011(3)