基于水电站电气设计中若干问题分析

摘 要:在水电站电气设计中，发电机中性点接地方式的选择、限制厂变高压侧很大的短路、协调计算机监控系统与水车保护等是必须注意的问题。文章针对这几个问题进行了详细地探讨和分析，对提高水电站运行的可靠性将有积极作用。

关键词:高压熔断器 中性点接地 水车保护 电气设计 水电站

水电站电气设计直接影响水电站运行的可靠性，本文针对水电站电气设计的高压限流熔断器组合保护装置、发电机中性点接地方式、水车保护等问题进行了探讨，对提高水电站运行的可靠性将会有积极的作用。

1、高压限流熔断器组合保护装置

高压限流熔断器组合保护装置由限流熔断器FU和高能氧化锌电阻FR组战，用来防止短路电流对电器设备的破坏，简称为FUR。在厂变高压侧发生的相问短路的短路电流是全厂发电机和系统的短路电流之和，此处如选择断路器，由于短路开断电流非常大，选择大开断电流的断路器价格太贵，所以大机组此处一般不选择。在一些电站的设计和改造中，在厂变高压侧加有高压限流熔断器组合保护装置。在2.5ms以内，高压熔断器可以很快将短路电流限制住，截断电流控制在预期短路电流的15%左右，防止由于变压器高压侧相间短路而发生的高厂变爆炸事故和对发电机、主变压器、母线等设备的冲击损伤,图1。

在选择限流熔断器FU时应考虑与厂变低压侧的配合问题，厂变低压侧最大短路电流折算到高压侧的值对应的FU的熔断时间，应大于低压侧10kV及各分支负荷的过流保护动作整定时间与其开关动作时间之和。以避免低压侧故障使FU熔断而产生越级跳闸、扩大事故范围。低压侧最大短路电流折算到高压侧的值对应的FU的熔断时间一般取1s。

2、中性点接地方式

发电机中性点的接地方式过去一直采用消弧线圈接地。由于经消弧线圈接地电流很小，可满足国标，故在发电机发生单相接地故障时，可以暂不跳发电机开关，只发信号，由运行人员处理。近些年国内新建设的水电站发电机中性点的接地方式大部分采用接地变压器接地(经高阻接地)，在发电机发生单相接地故障时，接地电容性电流未经消弧线圈综合，接地电流大于表1中的允许值，故必须作用于跳发电机开关。

2．1 单相接地故障产生的过电压

发电机中性点的接地采用接地变压器接地(经高阻接地)，其设计思想是为了防止间歇性单相接地故障时产生的暂态过电压破坏发电机绝缘，单相接地故障转化为匝问故障或相间故障，避免对发电机造成更大的损失。

规程规定，发电机T频耐压试验值为1.5倍发电机的额定电压，用发电机额定相电压值Ux表示，即表示为1.5Ux=2.6Ux,故要求健全相的暂态过电压峰值不应超过2.6倍相电压的峰值。图2为发电机中性点电阻值与中性点暂态过电压的峰值曲线，从图2可以看出，当ωCR≤1时，中性点暂态过电压小于2.6Ux，故发电机中性点电阻值应按下式选择：R≤1/ωC

式中R――发电机中性点电阻值；

ω――角频率，ω=2πf;

C――发电机三相对地总电容，C＝μf;

2.2 发电机中性点经消弧线圈接地

国内外研究资料表明，发电机中性点经消弧线圈接地的发电机单相接地暂态过电压和发电机运行频率有直接关系。如图3，可归纳为a、b两种曲线，可以看出，在额定频率50Hz附近的发电机单相接地的暂态过电压值都小于2.6Ux，也就是说发电机在并网运行的过程中发生了单相接地故障，发电机单相接地的暂态过电压值小于2.6Ux，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，满足国标，故发电机可暂时不跳开关。运行人员先汇报调度，并开启备用机组转移负荷，再将事故机组减负荷至零后断开发电机开关并停机。

在小电网中，个人观点偏向于采用消弧线圈接地，此处仅供参考。

3、计算机监控系统与水车保护

在水电厂生产运行过程中，如果发生事故，首要的任务是将机组安全的停下来，以防止事故的进一步扩大。计算机监控系统在水电厂应完成的功能有三个，即机组安全(水车保护)、监控、顺序控制，第一位应该是保证机组的安全(水车保护)，其次是监控，再者是顺序控制，故机组的安全(水车保护)是在计算机监控系统设计中应重点考虑的问题。在计算机监控系统中的水车保护功能，一般是通过逻辑判断来实现保护出口的推力、上导、下导、水导等瓦温，压油装置的低油压、低油位，电气过速、机械过速的模拟量的跳闸停机越限值等：其他RTD、液位、流量等信号只报警。

《水力发电厂计算机监控系统设计规定》中，水力机械保护(水车保护)一般由另设的专门功能装置实现，监控系统与之交换简单的信息，水力机械保护与继电保护、励磁系统、调速器应等同对待。为了进一步提高水车保护的可靠性并遵照水车保护应独立成系统的规定。我们将推力瓦温、上导瓦温、下导瓦温、水导瓦温、压油装置的低油压、低油位、电气过速、机械过速几个有保护出口的重要量，通过常规硬接线独立于计算机监控系统组成单独的水车保护屏，用开关量进行逻辑判断来实现水车保护。计算机监控系统通过模拟量进行逻辑判断实现水车保护，与通过开关员进行逻辑判断实现水车保护的常规系统起优势互补，从而实现对水车保护的冗余。