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【摘 要】 水电厂的电气设计的质量直接关系到我国整体资源的利用率。本文就通过电气主接线设计、厂用电设计、中性点接地方式、发电机组电气保护设计、计算机监控系统与水车保护以及防雷接地设计等几个广百对水电原来电气设计的要点进行了分析。
【关键词】 水电厂;电气设计;要点
随着我国经济的不断发展，对能源的需求量也越来越大，然而能源的不足与需求之间的矛盾在近几年不断恶化，国家急需电力事业的发展，为我国经济的发展提供保障。就我国目前的电力能源结构来看，我国主要是以火电为主，但是火电由于运行过程中污染大，在煤炭价格高涨的今天，火电的运行成本也较高，受锅炉和其他火电厂用电设备的影响，其资源利用率较低，一般热效率只有30%-50%左右。与之相比水电就有很多明显的优势。因此，关于电力系统水电站设计就显得格外重要。
1 电气主接线设计
电气主接线是水电站由高压电气设备通过连线组成的接收和分配电能的电路。电气主接线根据水电站在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方便、易于维护检修、利于远方监控和节约投资等要求。在电气主接线设计时，综合考虑以下方面：
1.1保证必要的供电可靠性和电能质量
安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本的要求。在设计时，除对主接线形式予以定性评价外，对于比较重要的水电站需要进行定量分析和计算。直岗拉卡水电站虽然是一个中小型水电站，但是由于担负了许多工业企业，及农业抗旱排涝等供电任务，因而必须满足必要的供电可靠性。
1.2具有经济性
在主接线设计时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线可靠、灵活，将导致投资增加。所以必须把技术与经济两者综合考虑，在满足供电可靠、运行灵活方便的基础上，尽量使设备投资费用和运行费用为最少。
1.3具有一定的灵活性和方便性，并能适应远方监控的要求。
主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行方式的转换。不仅正常运行时能安全可靠地供电，而且无论在系统正常运行还是故障或设备检修时都能适应远方监控的要求，并能灵活、简单、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。
2 厂用电设计
厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟地新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证机组安全经济地运行。其具体有如下一些要求：
①接线方式和电源容量，应充分考虑厂用设备在正常、事故、检修、启动、停运等方式下地供电要求，并尽可能地使切换操作简便，使启动（备用）电源能迅速投入。
②尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，避免引起全厂停电故障。各台机组的厂用电系统应独立，以保证在一台机组故障停运或其辅助机发生电气故障时，不影响其他机组的正常运行。
③充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别主要对公用厂用负荷的影响。要方便过渡，尽少改变接线和更换设备。
3 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，可满足国标要求，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。
3.1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间故障或相间故障，避免对发电机造成更大的损失。
3.2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。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。
4 发电机组电气保护设计
推荐的发电机保护配置方案如下：
1）完全纵差保护;2）不完全纵差保护;3）高灵敏零序电流型横差保护;4）裂相横差保护;5）低压记忆过电流保护;6）失磁保护;7）失步保护;8）迭加交流电压型定子一点接地保护;9）迭加方波电压型转子一点接地保护;10）过励磁保护;11）过电压保护;12）反时限负序过流保护;13）定子绕组过负荷保护;14）转子表层负序过负荷保护;15）发电机意外加电压保护;16）轴电流保护;17）断路器失灵保护;18）CT断线保护;19）PT断线保护;20）励磁变差动保护;21）励磁变过流保护。下面重点阐述以下几种发电机电气保护措施设计要点。
4.1定子一点接地保护设计
定子一点接地是发电机最常见的故障之一。现代的定子一点接地保护已经不仅要求大型发电机具有100%的保护区，而且要求在定子绕组任一点发生接地故障时，保护装置都具有较高的灵敏度。
4.2转子一点接地保护
国内目前采用的转子一点接地保护类型有电桥式、迭加直流电压式和迭加交流电压式三种。为避免两套保护相互干扰，推荐一套保护采用迭加方波电压型转子一点接地保护，另一套保护采用迭加直流电压型转子一点接地保护。
大型发电机的励磁绕组及外部励磁回路对地电容较大，因此转子一点接地保护应采取措施以避免或消除对地电容对保护产生的不利影响。根据规程规定，转子一点接地保护应延时动作于信号。
5 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。
6 防雷接地设计
防雷措施按新增场地的防雷保护是否在原有防雷保护范围内来确定需不需要新增防雷措施;新增场地的主接地网需与原有变电站内的主接地网两点以上可靠连接，施工完毕后再实测接地电阻值，接地电阻值应满足设计计算要求，如果超出允许值，应采取必要降阻措施;若是原有站址上的改建、扩建工程，防雷部分在一期工程中一般情况下已经实施，但还是需要校验是否满足要求，不满足时再新增防雷措施。
7 结束语
综上所述，在进行水电厂电气设计时，只要注意到上述的几项设计要点，就会对其设计产生积极的作用，从而大大的提升水电厂电气设计的设计质量。
参考文献：
[1]李锦华.水电厂电气一次设备过电压保护措施探讨，电子制作，2013（12）
[2]雷晓光.龙滩水电站电气一次设计，才智，2009（24）
【关键词】 水电厂;电气设计;要点
随着我国经济的不断发展，对能源的需求量也越来越大，然而能源的不足与需求之间的矛盾在近几年不断恶化，国家急需电力事业的发展，为我国经济的发展提供保障。就我国目前的电力能源结构来看，我国主要是以火电为主，但是火电由于运行过程中污染大，在煤炭价格高涨的今天，火电的运行成本也较高，受锅炉和其他火电厂用电设备的影响，其资源利用率较低，一般热效率只有30%-50%左右。与之相比水电就有很多明显的优势。因此，关于电力系统水电站设计就显得格外重要。
1 电气主接线设计
电气主接线是水电站由高压电气设备通过连线组成的接收和分配电能的电路。电气主接线根据水电站在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方便、易于维护检修、利于远方监控和节约投资等要求。在电气主接线设计时，综合考虑以下方面：
1.1保证必要的供电可靠性和电能质量
安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本的要求。在设计时，除对主接线形式予以定性评价外，对于比较重要的水电站需要进行定量分析和计算。直岗拉卡水电站虽然是一个中小型水电站，但是由于担负了许多工业企业，及农业抗旱排涝等供电任务，因而必须满足必要的供电可靠性。
1.2具有经济性
在主接线设计时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线可靠、灵活，将导致投资增加。所以必须把技术与经济两者综合考虑，在满足供电可靠、运行灵活方便的基础上，尽量使设备投资费用和运行费用为最少。
1.3具有一定的灵活性和方便性，并能适应远方监控的要求。
主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行方式的转换。不仅正常运行时能安全可靠地供电，而且无论在系统正常运行还是故障或设备检修时都能适应远方监控的要求，并能灵活、简单、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。
2 厂用电设计
厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟地新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证机组安全经济地运行。其具体有如下一些要求：
①接线方式和电源容量，应充分考虑厂用设备在正常、事故、检修、启动、停运等方式下地供电要求，并尽可能地使切换操作简便，使启动（备用）电源能迅速投入。
②尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，避免引起全厂停电故障。各台机组的厂用电系统应独立，以保证在一台机组故障停运或其辅助机发生电气故障时，不影响其他机组的正常运行。
③充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别主要对公用厂用负荷的影响。要方便过渡，尽少改变接线和更换设备。
3 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，可满足国标要求，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。
3.1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间故障或相间故障，避免对发电机造成更大的损失。
3.2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。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。
4 发电机组电气保护设计
推荐的发电机保护配置方案如下：
1）完全纵差保护;2）不完全纵差保护;3）高灵敏零序电流型横差保护;4）裂相横差保护;5）低压记忆过电流保护;6）失磁保护;7）失步保护;8）迭加交流电压型定子一点接地保护;9）迭加方波电压型转子一点接地保护;10）过励磁保护;11）过电压保护;12）反时限负序过流保护;13）定子绕组过负荷保护;14）转子表层负序过负荷保护;15）发电机意外加电压保护;16）轴电流保护;17）断路器失灵保护;18）CT断线保护;19）PT断线保护;20）励磁变差动保护;21）励磁变过流保护。下面重点阐述以下几种发电机电气保护措施设计要点。
4.1定子一点接地保护设计
定子一点接地是发电机最常见的故障之一。现代的定子一点接地保护已经不仅要求大型发电机具有100%的保护区，而且要求在定子绕组任一点发生接地故障时，保护装置都具有较高的灵敏度。
4.2转子一点接地保护
国内目前采用的转子一点接地保护类型有电桥式、迭加直流电压式和迭加交流电压式三种。为避免两套保护相互干扰，推荐一套保护采用迭加方波电压型转子一点接地保护，另一套保护采用迭加直流电压型转子一点接地保护。
大型发电机的励磁绕组及外部励磁回路对地电容较大，因此转子一点接地保护应采取措施以避免或消除对地电容对保护产生的不利影响。根据规程规定，转子一点接地保护应延时动作于信号。
5 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。
6 防雷接地设计
防雷措施按新增场地的防雷保护是否在原有防雷保护范围内来确定需不需要新增防雷措施;新增场地的主接地网需与原有变电站内的主接地网两点以上可靠连接，施工完毕后再实测接地电阻值，接地电阻值应满足设计计算要求，如果超出允许值，应采取必要降阻措施;若是原有站址上的改建、扩建工程，防雷部分在一期工程中一般情况下已经实施，但还是需要校验是否满足要求，不满足时再新增防雷措施。
7 结束语
综上所述，在进行水电厂电气设计时，只要注意到上述的几项设计要点，就会对其设计产生积极的作用，从而大大的提升水电厂电气设计的设计质量。
参考文献：
[1]李锦华.水电厂电气一次设备过电压保护措施探讨，电子制作，2013（12）
[2]雷晓光.龙滩水电站电气一次设计，才智，2009（24）