引水渠梯级电站电气设计探讨



【摘要】以灌区水利水电工程中有２个主机房的水电站为例，就该类电站在设计电气主接线、厂用电接线、电气设备布置等方面做深入的探讨，对今后同类型电站，特别是对灌区的水电工程设计有一定的借鉴作用。

【关键词】水利综合开发水库管理工程布置水电站电气设计

１前言

在农村中小型灌区的水利水电工程中，其水库是以灌溉为主，兼作发电、旅游等综合效益，在设计电站及渠道时，为了充分利用水力资源，使整个枢纽发挥更大地经济效益，在满足灌溉流量及所需水头的情况下除修建渠道电站外，再建一水头较高的坝后电站或称为下厂房的水电站以利用多余的水量发电，其尾水流入下游河道。这类电站有一个共同的特点，即２个厂房最大相距数百米，两站高程相差几十米，装机容量均较小，机组台数都较少，升高电压侧大多以３５ｋＶ电压级送入电力系统。虽有２个电站及主厂房，但又为同一管理机构，公用副厂房相对集中布置在一处，检修人员为一套班子，运行人员可以相互调换，与一般水电站设计相比有其不同之处，在设计中需综合考虑，统筹安排，否则将对今后的运行管理造成诸多不变。如湖南省境内的双江口水电站工程、六都寨水库工程、铁山灌区工程等，都属这类性质的电站。现就此类电站的电气设计特点做一探讨，希望能起到抛砖引玉的作用。

２电气主接线的设计

这类电站一般的运行方式为，在灌溉需水季节，根据需水量的大小渠首电站（或称上厂房）全部机组或部分机组运行，如水库较多或在丰水季节，坝后电站（或称下厂房）也投入运行；在非灌溉季节，坝后电站（或称下厂房）根据天然来水量及库容量可全部或部分机组投入运行。就整个电站而言，２个主机房的机组虽投入时间不一定相同，投运的时间长短不一，但全年都有开机的可能性。由于２个厂房相距较近，装机容量不大，升高电压侧也比较简单，因此，可考虑联合调度运行，整体考虑电气主接线的方案。为了充分利用不同发电季节的电能，减少变压器的损耗，一般应考虑选择２台变压器分别接在两个厂房机组的发电机电压母线上为佳，其主变容量可按各自厂房的装机容量匹配。若２个厂房的装机容量相差悬殊时，由于所选的主变压器容量也会相差悬殊，阻抗不等，因此，将影响到２台变压器的并列运行，在这种情况下，如２个厂房距离不远，在电压损失等指标满足要求的情况下，可将小容量厂房机组的电能通过发电机电压母线直配送至大电站的发电机电压母线上（当机组额定电压相同时），统一考虑１～２台主变压器。这样，不仅节约了主变压器和高压侧电气设备的投资，而且降低了主变压器的损耗及土建工程的投资。

就整个电站而言，２个主厂房的机组应统一考虑主接线的型式，为了运行灵活方便，充分利用设备，减少主变压器的空载损耗，在发电机电压侧一般采用单母线断路器分段的接线方式，即２个电站的机组发电机电压侧各为一段母线，２组隔离开关分设在两段母线侧（即装设在２个厂房内），两段母线之间宜采用高压电缆连接。在地形条件允许的情况下，为节约投资也可采用架空导线连接，但应考虑防雷保护等方面的问题。在电站正常运行情况下，分段断路器可断开运行，也可合上运行。当２个厂房的机组都不满发时，根据机组发电容量和变压器匹配的原则，可合上母联断路器通过一台主变将电能送出，退出另一台主变压器以减少空载损耗，也可在这一时间对主变进行例行检查。当高压电缆故障或任一段母线故障时，分段断路器及相应的断路器动作切除故障，任有部分机组的电能可以送出。因此，设置分段断路器是很有必要的。至于是在联络高压电缆的一端装设断路器还是两端装设断路器，应视电站的重要程度和高压电缆长短、厂房布置等具体情况而定。

无论是在高压电缆的一端还是两端装设分段断路器，在机组运行时都应使高压电缆带电，使其长期处于热备用状态，出现故障立即处理，以避免由于长期不带电而又要投运时必须测试电缆绝缘状况而影响立即投运。

３厂用电的设计

在厂用电设计方面，考虑到２个厂房中的机组总是有部分或全部机组在灌溉季节或非灌溉季节发电，而且两个电站相距不是很远，在满足电压降要求的情况下，在设计厂用电源的引接方式时，可考虑分别从２个厂房的发电机电压母线上取得电源，两个厂用电源互为备用，低压母线采用断路器分段电缆连接的方式。在正常情况下，分段断路器断开运行，各自带本厂房的厂用负荷运行，若２个厂房的机组都停运或连接电缆故障时，也可以从高压侧通过主变压器倒送取得厂用电源，因此厂用电源具有相当的可靠性。对厂用变压器容量的选择应考虑两个厂房中负荷的用电，即一台厂用变可以带全站（即２个厂房）的厂用负荷。为了保证电站的可靠运行和消防安全的需要，厂用变宜选择环氧树脂浇注干式变压器，这样厂用变可就近布置在厂用主屏旁或高压开关柜旁，简化了布置，缩小了副厂房的面积。

厂用变压器和厂用主屏就近布置在各自的厂房内，不仅减少了厂用高压电缆及低压电缆的长度，而且便于运行管理。

４变电站位置的选定

根据总枢纽布置，这类工程的主厂房一般分散布置在２～３个不同的地方，虽然升高电压等级较低，开关站占有面积较小，相对易于布置，但仍然需要对开关站的布置位置从输送的合理性、开挖方量、电能损耗等方面进行技术经济比较。一般情况下，开关站的位置根据出线方向、地质地形尽量选择在靠近共用中央控制室的厂房附近。这样便于集中管理和巡视，减少了运行值班人员的劳动强度，并能快速的处理事故，特别时随着计算机技术的发展，采用微机保护和计算机监控技术在水电站的广泛应用，电站运行检修人员相对减少，更显出了这种布置的优越性。根据主接线的设计，主变压器一般就近布置在各自厂房附近，用高压电缆或高压架空线引至总开关站，这样可减少有色金属耗量和电能损耗，同时也减少了故障机率。

５厂区电气总布置

由于两个厂房相距较近，且为同一管理机构，因此厂区电气总布置中应统一协调考虑，以技术先进、布置合理为主，兼顾美观大方、经济实用、运行方便等方面进行优化设计。根据这类电站的特点，结合枢纽布置和电站具体情况，可以将共用设备、一般性副厂房集中布置在一处，以减少设备和土建投资，如油化验室设备、油处理室设备、试验室及仪器仪表设备、机修间、站长办公室、检修值班等。在进行厂区总布置比较时，还应考虑对外交通要方便、距生活区及人员活动中心较近以及电站的重要程度、分期建设等问题，要于总枢纽布置一起进行综合技术经济比较，才能准确而合理地选定厂区电气布置方案。