水电工程的电气主接线设计

谢启刚

(正安县水利局，贵州正安563400)

水电工程的电气主接线设计

谢启刚

(正安县水利局，贵州正安563400)

水电是再生能源，但目前水电只占到电源结构的24%，仍有较大的发展空间。水电工程中的电气主接线设计是水电工程中的重要部分，主接线设计与整个水电站运行和发展都有着紧密的联系，因此，水电工程中需要重点做好电气主接线设计工作。结合某小型水电站实例，探讨了电气主接线方案的拟定与选择、变压器的选择、短路计算等问题，最后选定单元接线方案。

水电工程;电气主接线;电压接线;变压器选择;单元接线

0 前言

目前，国家政策大力鼓励和支持再生能源的发展，占我国电源结构24%的水电还存在较大的发展空间，因此，优化水电工程设计，特别是电气主接设计对于提高系统运行的可靠性、维护的灵活性和投资的经济性有着重要的现实意义。

某电站为一小型水电站。设计规模为2×15 MW，设备年利用小时数为4 000 h/a，在3 000～5 000，故该电站主要承担腰荷。

1 主接线方案的拟定与选择

根据我国现行的规范和成熟的运行经验，满足可靠性、灵活性和经济性的前提下，发电机电压接线可采纳的接线方式有以下3种:

1.1 单母线接线

1)优点:接线简单，操作方便，设备少，经济性好。母线便于向两端延伸，扩建方便。

2)缺点:可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就是造成全厂或全站长期停电。调度不方便。电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。一般只用在出现回路少，并且没有重要负荷的发电厂［1］。

1.2 单元接线

1)优点:发电机与主变压器容量相同，接线最简明清晰，故障影响范围最小，运行可靠、灵活。发电机电压设备最少，布置最简单方便，维护工作量也最小;继电保护简单［2］。

2)缺点:主变压器与高压断路器数量多。主变压器高压侧出线回路多，布置复杂增加布置场地与设备的投资。一般适用范围:单机容量一般在100 MW及以上机组，且台数在6台及以下者;单机容量在45～80 MW。

1.3 扩大单元接线

1)优点:接线简单清晰，运行维护方便。与单元接线比较，减少主变压器台数及其相应的高压设备，节省投资。与单元接线比较，任一机组停机，不影响厂用电源供电，本单元两台机组停机，仍可继续有系统主变压器倒送。减少主变压器高压侧出线，可简化布置和高压侧接线。

2)缺点:主变压器故障或检修时，两台机组容量不能送出。增加两台低压侧断路器，且增大发电机电压短路容量。一般适用范围:适应范围较广，能较好的适应水电站布置的特点，只要电力系统运行和水库调节性能允许，一般都可使用［3］。

综上述分析，110 kV由于本电站是小水电，不承担主要负荷，没有重要机端负荷，从接线的可靠性、经济性和灵活性考虑，所以本电站，110 kV侧采用单元接线。

2 电气主接线方案选择

2.1 方案1

发电机与变压器单元接线单母线分段电气主接线，见图1。

图1 发电机与变压器单元接线单母线分段电气主接线

2.2 方案2

扩大单元接线单母线电气主接线，见图2。

2.3 主接线方案初步比较

由以上3种接线方案的优缺点分析和接线示意图，可以得出:单母线和扩大单元接线相比较，其可靠性和灵活性都很相近，厂用电都是在发电机10.5 kV侧取得，然而本电站只有两台发电机，比较特殊，所以单母线和扩大单元接线形式相近。单母线接线灵活性低。所以可以明显淘汰单母线接线方案［4］。从而保留扩大单元接线和单元接线方案。从供电的可靠性看:对于方案1，厂用电从两台发电机上取得，即使检修其中1台变压器和两机组停机电厂也不会停电，然而两台变压器同时故障的可能性非常小。对于方案2，若检修变压器电厂就会停电，否则要另外接入厂用电源，这样投资就增加了。这样，方案1的可靠性相对高些。

图2 扩大单元接线单母线电气主接线

3 变压器选择

3.1 主变压器的选择

计算公式为:

由于该厂是小型水电厂，可以用来调相调压，所以主变压器的型号可以选择为SFZ7—25000/110，有关参数如表1所示。

表1 SFZ7—25000/110变压器有关参数

3.2 厂用变压器的选择

选择原则:为满足厂内各种负荷的要求，装设两台厂用变压器，厂用电容量得确定，一般考虑厂用负荷为发电厂总负荷的1% ～2%，此发电厂的厂用负荷为总负荷的1.1%。S=1.1% ×30 000 kVA=330 kVA。根据选择原则，并通过查找《电力工程电气设备手册，电气一次部分》选出厂用的两台变型号都为S=400 kVA。有关技术参数如表2所示。

表2 厂用变压器有关技术参数

通过对比两台厂用变压器的型号定为SZ6—400/10双绕组有载调压电力变压器，2台厂用变分别接于主变低压侧，互为暗备用，平时半载运行，当1台故障时，另1台能够承担变电所的全部负荷。

3.3 相数的选择

主变采用三相或单相，主要考虑变压器的可靠性要求及运输条件等因素。根据设计手册有关规定，当运输条件不受限制时，在330 kV及以下的电厂及变电所均选用三相变压器。因为三相变压器比相同容量的单相变压器具有节省投资，占地面积小，运行过程损耗小的优点，同时本电厂的运输地理条件不受限制，因而选用三相变压器。

3.4 绕组数量和连接方式的选择

绕组数量选择:根据相关规定:“最大机组容量为125 MW及以下的发电厂，当有两种升高电压向用户供电与或与系统相连接时，宜采用三绕组变压器。结合本电厂实际，因而采用双绕组变压器。绕组连接方式选择:变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y和△。我国110 kV及以上的电压，变压器绕组都采用Y0连接。35 kV采用Y连接，其中性点多采用消弧线圈接地。35 kV以下电压，变压器绕组都采用△连接。因而该电厂主变压器接线方式采用YN，d11。综上所述，在比较的2个方案中，需要两台同容量的110 kV双绕组有载调压电力变压器。结合本电厂实际，从经济性的角度出发，选择型式为:双绕组有载调压电力变压器。

4 短路电流的计算

4.1 等值电路

等值电路见图3。

图3 等值电路图

4.2 计算各元件的标幺值

取Sd=100 MVA，从表3可得 Xd=0.21，各类同步发电机X″K*的平均值。

表3 各元件的标幺值

4.3 短路电流的计算

d1点短路时:电源总额定容量:SN∑=Ss+，计算电抗:=1.91，查发电厂电气部分课程设计水轮发电机运算曲线可得表4。

表4 水轮发电机运行曲线

5 结语

主接线是电力系统接线的主要组成部分，它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。因此，必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，正确处理好各方面的关系。

［1］陈树文.超大型水电站电气主接线设计［J］.水电站设计，2002，18(03):86-88.

［2］蔡允明，李小榕.中小型水电站电气主接线设计的若干问题［J］.水电站设计，1995，11(04):13-17.

［3］刘爱梅，黎民，黄刚.左江水利枢纽工程电气主接线设计［J］.广西水利水电，2013(S1):46-48.

［4］姚建.水利枢纽工程的电气主接线设计［J］.东北水利水电，1998(07):31-33.

TV734

B

1007-7596(2014)05-0075-03

2013-12-07

谢启刚(1967-)，男，仡佬族，贵州正安人，工程师。