宋易珑
（清远市水利水电勘测设计院有限公司）
摘要：本文以一个小型水电站的建设为例，详细描述了主站电气设计的情况，结合水电工程实践探析水电站的主接线设计，主要电气设备及其布置等情况，在电气工程中，为了提高工程安全稳定采取一些优化措施。结果表明，该工程实践中，所运用的电气工程设计技术为类似的工程提供了参考依据。
关键词：小型水利水电；电力工程；设计
引言：电站位于连州市大路边镇坑仔口村。电站为引水式水电站，规模小，主要建筑包括拦河坝、引水道、压力前池、钢管管道、主副厂房及升压站。水电发电是小型水电站设计使用的主要任务，工程设计应尽量满足电站发电的需求。
一、装机容量的确定
根据新的水文参数，电站多年平均年径流总量3325万m3，装机容量为2600kW，总流量为1.4m3/s，设计水头为228m。经水机专业选择机型，最终确定了采用2×1300kW装机容量方案，年利用小时为4475h，电站多年平均发电量1159.25万kW?h。
二、水电站的电气设计
1、水电站与电网的连接方式组出线电压的选择
本水电站站距大路边镇10公里，距离110kV变电站16公里。根据该水电站装机容量和运行方式及电网的联接
方式，初步拟定两种接线方案作比较，从而确定该水电站电气一次主接线。现对该两种方案进行对比分析如下:
(1)方案一(低压机组方案) ，方案一电气一次主接线如图1所示，采用2台出线电压等级为0.4kV的机组，型号为SFW1300-10/1430/0.4kV；主变压器选用2台升压变压器，主变型号为S11-2000/38.5±2X2.5%/0.4kV；0.4kV发电机与变压器采用单母线接线、通过LCU屏控制。主变高压侧采用熔断器控制保护；35kV出线用断路器控制。（2）通过上述分析我们可以看到两个方案中，方案一和二的连接比较简单单一、操作和维护灵活、控制保护安全稳定。通过比较明显的发现，方案二比方案一更加安全稳定，主要内容如下：增加控制保护设备、设备保护更安全。因此，综合比较这两个方案，该项目最终选取高压机组方案。
2、升压站电气设备平面布置
（1）在升压站电气设备布局的基础上，升压站长18米，宽15米，升压站布置在主厂房南部，靠近厂房高压室。 （2）厂房电气设备布置。厂房分为中控室、高压室和主厂房：中控室设在厂房南部靠近高压室，主要设备控制室有励磁屏、直流屏系统和站用配电屏等，均排成一列；高压室设置高压配电屏，均排成一列；主厂房水轮机组旁设发电机控制保护LCU屏。
3、厂电气设备的选用
短路电流的计算。根据水电站的接入电力系统方案，水电站升压至35kV电压T接到110kV变电站，约16公里长的输电线路。计算参数：35kV外接电源视为无限大的电力系统，水电站的最大运行功率，视为全模式负载功率传输，短路点选择：发电机6.3kV母线（D1点）和主变压器38.5kV母线（D2点）。通过计算短路电流，确定选择真空断路器，隔离开关和其他电气设备。
4、站用电的选择
电站供电设备：全站仪供电、生活区用电、机器维修和电气维修供电。因此，电站供电可由两路电源供电：一是由站用变压器低压侧供电；二是由发电机母线的6.3kV变压器降压至0.4kV供电，以确保站用电的供电安全和稳定。
5、过点电压保护和接地
（1）直接雷击保护。升压站的直击保护采用一支高24米的避雷针保护方式，根据雷电散射波的过压保护，可预防升压站35kV线路安装1～2公里线路的雷电，雷电沿着线侵入的陡坡为一定的容许值，使得避雷针的通流冲击的电流值不得超过5kA。同时，为了预防雷电波侵入升压站造成电气设备损坏，在35kV母线侧安装氧化锌避雷器。（2）接地。防雷接地由垂直接地和水平接地体组成，垂直接地选用1.5米的63×63垂直接地极组成，水平接地选用40x4的镀锌扁铁形成水平接地网，其接地电阻要求小于4欧姆。
6、直流系统设计
本水电站最大直流电容量所需的设备是两台35kV的断路器，考虑到整个事故状态全站电压为0时有足够的直流电源提供给保护设备和快速恢复电源，我们需要一个直流储能系统。使用铅酸蓄电池，容量为100AH。
7、继电的保护设计
基于《保护和安全自动装置技术规程》并结合水电站工厂的实际情况，本站配置以下继电保护装置： （1）发电机继电保护装置的用途：①过电流保护，②后备保护；③发电机转子接地监控保护；④主保护。 （2）主变压器继电保护装置：①差动保护；②后备保护；③非电量保护单元构成主变压器的全部保护和测量功能。（3）35kV线路保护装置的使用：①电流迅速熔断保护②过电流保护；③零序过流保护。
8、厂房及升压站照明
（1）水电站照明由0.4 kV站用配电屏供电，厂房使用荧光灯及工厂灯照明。事故应急照明采用应急灯照明，站用电动力消失后，紧急情况应急灯自动投入使用。（2）水电站的升压站照明主要由0.4 kV站用配电屏供电。
三、微机监控综合及自动化系统
现地控制单元共5面：2面现地单元控制LCU屏、1面公用屏、1面发电机保护测控屏、1面综合保护屏和1面计量屏。
（1）上位机将来与控制中心或未来的通信和信息管理系统通信链接，传输实时数据，也可根据需求把电站的实时数据送达办公室或管理层房间。
（2）监控主机自动站采集和处理的实时数据：实时监测监控对象，并调整操作参数、报警和事故记录、序列查询事件日志记录、远程记录、电源状态历史数据和报表处理打印、召回事故、计算统计，实时显示和其他电站运行状态和参数。
（3）微机自动控制系统采用一机一屏，屏幕尺寸800x800x2260（宽x深x高度，单位：毫米），一次、二次设备组合成1个屏幕。在一个屏幕装置内包括：隔离刀开关，断路器、电流互感器、电压互感器、熔断器等；二次设备除计算机测量、设备保护、控制装置外，还提供了一个为期1年的机器表。
四、结束语
本文介绍了一个小水电站的建设，详细描述水电站电气设计的主要情况，结合水电电气线路连接的工程实践、主要电气设备及其布置等，在电气工程中，以提高工程设计安全稳定采取的一些优化措施。结果表明，所采取的电气工程设计措施对于工程实践具有较高的价值，为同类工程提供参考。
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论文作者:宋易珑
论文发表刊物:《电力设备》2016年第12期
论文发表时间:2016/8/26
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