水电站电气设计中的几个问题分析

[摘 要]水电站电气设计方式对水电站运行的稳定性和可靠性有着直接的影响，而电气设计在水电站中的应用可以分为如下几个方面：利用高压限流熔断器的组合方式来对电气进行保护、接地方式、二次断线保护闭锁以及进水口回路的控制上等。文章主要针对上述这些问题进行探讨和浅析，综合分析这些问题有助于提高水电站整体运行的效率，是利用技术优势解决经济效益问题的有利方式。

[关键词]水电站；电气设计；熔断器

中图分类号：TV523 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0153-01

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。

一、保护装置

高压限流熔断器在长期的实际操作实验中被认定为针对变压器分支等短路容量大的部位最有效也是最快速的厂用变压器，其主要原因在于它特有的性能，即较强的开断能力、较小的截流值、较短的动作时间以及较好的速动性。此种高压是在限流熔断器中设置一个含有氧化锌的电阻，从而达到对电气设备在断电流状况下的保护。一般来说，大机组是不使用断路器的，是由于此处的短路开断电流非常的大，是全场发电容量和系统电流的总和，因此，此处由于电流的问题，造成出口断路器在短路情况下的开断电流较小，而不可使用断路器。在水电站电气设计实际应用中，高压熔断器能够快速控制短路电流，并且能够迅速将短路电流控制在2.5 ms以内，而基于保护变压器的高压侧，避免对发电机和主变压器以及母线造成损伤，则将截断电流的范围控制在短路电流的15%以内。另外，为了避免低压侧故障从而使得限流熔断器产生越级跳闸现象而扩大事故范围，限流熔断器应当挑选高厂变低压侧最大短路电流在高压侧中的对应值的熔断器熔断时间大于在低压侧中10 kV左右，并使得各分支的负荷量大于电流承受量的总和，充分考虑它们的配合问题。

二、中性点接地方式

在过去，发电机中性点在进行接地的时候采用的都是消弧线圈的接地方法，这是因为通过消弧线圈进行接地的这种方法在接地的时候出现的电流是非常小的，能够满足我国国标的要求，所以，如果发动机出现了单相接地问题的时候，可以在一定时间之内保证系统的通电情况良好，而只是由接地端发出信号，这样相关的维修人员就可以只是针对出现问题的部分进行检修就可以解决问题了。最近这些年我国新建的水电站中，发电机在进行接地的时候采用的基本上都是接地变压器的接地方法，当发电机出现单相接地问题的时候，接地电容性电流不会和消弧线圈出现抵消的情况，这时候的接地电流会比国标值偏低，也就是可以保证接地安全。

1.过电压情况

发电机在进行接地的时候基本采用的都是高阻接地的方法，也就是变压器接地的方法，这样设计可以有效地防止间歇性的单相接地故障发生，并且可以保证接地过电压情况下发电机的安全，如果单相接地问题变成了匝间问题，这时候对发电机造成的损失就会降低很多，从另外一种含以上说，也是对发电机的一种保护。

2.消弧线圈接地

根据已有资料我们可以了解到，发电机中性点通过消弧线圈进行接地的时候，接地的效果和发电机的单相电压以及发电机运行过程中的频率有一定的关系。我国的额定频率是五十赫兹，如果发电机运行在这个频率下的话，那么出现单相接地的暂态电压值不会超过2.6，换句话说就是发电机在运行的过程中不会出现单相接地问题，当暂态电压值小于2.6的时候对发电机是不会造成任何伤害的。而且因为消弧线圈进行接地的时候，其电流值比较小，可以满足我国的国家标准，所以，发电机在这种情况下是可以暂缓断电的。当然，在此过程中，运行人员需要对工作进行调度，同时还要开启设备转移负载，一直到发电机带动的负载值为零的时候才可以对发电机断电，因为这时候给发电机断电可以有效地保护发电机内部的零件安全。

三、二次断线保护闭锁

二次断线保护闭锁即微型机纵差保护TA二次断线保护闭锁，在大型发电机以及主变压器中这种保护设置的设计至少要在两套以上。一般来说，这种保护设计有七种，即：发电机完全差动、发电机不完全差动、发电机不完全大差动、主变差动、主变大差动、发电机高灵敏单元件横差以及主变瓦斯。发电机以及发电机的母线和出口开关，甚至包括主变压器都能够在这种保护措施下进行安全运行。要进行保护装置的设计就要取不同的TA，这就可以对纵差保护TA二次断线保护闭锁进行完美的实现。若要做好一整套完整的保护系统，则在此闭锁保护系统后至少再设计添加一套保护程序，保证发电机及其主变压器的安全运行。另外，纵差保护TA二次断线闭锁程序应当设置信号发射装置以确保设备的安全，相关设备检修和操作程序员应当定时对发电机进行停机检修。

四、进水口回路控制

基于安全因素的考虑，水电站中一般会对机组的机械过速点和机械的手动落门接点进行单独的设计：一是常规状况下的二次电缆通道；二是大坝到水电站监控系统之间的光纤。有些水电站厂房离进水口距离较远，使得进水口到机组的电缆长度长达两千米，若采用常规二次电缆控制落快速门电磁阀，就很有可能造成次电磁阀故障，产生电磁阀动作故障。例如，用横截面积为2.5毫米的二次电缆，又采用内阻为五十Q的线圈落快速门电磁阀，此时电缆已经分压约1/4，但一般来说，电磁阀的工作电压必须在1/5的范围内波动，此时落快速门电磁阀动作显然是不可靠的。在选用电磁阀线圈内阻的时候需要考虑分压问题，一般采用20到4000欧姆的内阻。由于高内阻的电磁阀的线径太细，容易经常出现霉断的现象，因此不能选用线圈内阻过高的电磁阀。进水口到机组距离达到一千米以上的，应当按照5%的比例考虑电缆电阻的分压问题较为合理。水电站进水口快速门是机组过速保护的最后一道屏障，在防止其拒动上的设置是水电站电气设计的关键。

五、计算机监控系统与水车保护

计算机监控系统是现代化水电厂必备的设备系统，其主要功能包括对水车的保护以及监控和顺序的掌控，这些功能中最为重要的是水车保护功能，这一功能对机组的安全保护起到决定性作用，然后是监控操作保护，再然后则是顺序的控制保护功能。在最重要的保护方式中，这一功能的实现一般是通过计算机的计算运行实现的，主要依靠监控系统的逻辑判断以及推导能力。通过对上导、下导、水导等瓦温等值的推导、出口的推理、和限定实现对超标信号的报警，以便在发生事故时，能够在第一时间进行停机处理以保障机组的运行安全，防止对事故的进一步扩大。

六、结束语

有关水电站电气设计的问题主要还是集中在对于机组的保护上，通过发电机接地方式的保护、高压限流熔断器组合保护、水车保护以及对回路控制的保护等措施，对机组在故障情况下的紧急停机处理起到了快速的信号传达和保护作用。在对这些水电站保护措施的电气设计上的设计要遵循一般的设计原理，并根据实际的操作问题在原则允许范围内，提出相应的解决方案，使得水电站电气设备能够在安全的环境下运行。

参考文献

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