摘 要：水電站電氣設計直接影響水電站運行的可靠性，本文針對水電站電氣設計的高壓限流熔斷器組合保護裝置、發(fā)電機中性點接地方式、水車保護等問題進行了探討，對提高水電站運行的可靠性將會有積極的作用。

　　關鍵詞：高壓熔斷器,中性點接地,水車保護,電氣設計,水電站

　　1 高壓限流熔斷器組合保護裝置

　　高壓限流熔斷器組合保護裝置由限流熔斷器FU和高能氧化鋅電阻FR組成，用來防止短路電流對電器設備的破壞，簡稱為FUR。在廠變高壓側(cè)發(fā)生的相間短路的短路電流是全廠發(fā)電機和系統(tǒng)的短路電流之和，此處如選擇斷路器，由于短路開斷電流非常大，選擇大開斷電流的斷路器價格太貴，所以大機組此處一般不選擇。在一些電站的設計和改造中，在廠變高壓側(cè)加有高壓限流熔斷器組合保護裝置。在2.5 ms以內(nèi)，高壓熔斷器可以很快將短路電流限制住，截斷電流控制在預期短路電流的15%左右，防止由于變壓器高壓側(cè)相間短路而發(fā)生的高廠變爆炸事故和對發(fā)電機、主變壓器、母線等設備的沖擊損傷。

　　在選擇限流熔斷器FU時應考慮與廠變低壓側(cè)的配合問題，廠變低壓側(cè)最大短路電流折算到高壓側(cè)的值對應的FU的熔斷時間，應大于低壓側(cè)10 kV及各分支負荷的過流保護動作整定時間與其開關動作時間之和。以避免低壓側(cè)故障使FU熔斷而產(chǎn)生越級跳閘、擴大事故范圍。低壓側(cè)最大短路電流折算到高壓側(cè)的值對應的FU的熔斷時間一般取1 s。

　　2 中性點接地方式

　　發(fā)電機中性點的接地方式過去一直采用消弧線圈接地，由于經(jīng)消弧線圈接地電流很小，可滿足國標要求，故在發(fā)電機發(fā)生單相接地故障時，可以暫不跳發(fā)電機開關，只發(fā)信號，由運行人員處理。近些年國內(nèi)新建設的水電站發(fā)電機中性點的接地方式大部分采用接地變壓器接地(經(jīng)高阻接地)，在發(fā)電機發(fā)生單相接地故障時，接地電容性電流未經(jīng)消弧線圈綜合，接地電流大于附表中的允許值，故必須作用于跳發(fā)電機開關。

　　2.1單相接地故障產(chǎn)生的過電壓

　　發(fā)電機中性點的接地采用接地變壓器接地(經(jīng)高阻接地)，其設計思想是為了防止間歇性單相接地故障時產(chǎn)生的暫態(tài)過電壓破壞發(fā)電機絕緣，單相接地故障轉(zhuǎn)化為匝間故障或相間故障，避免對發(fā)電機造成更大的損失。

　　2.2發(fā)電機中性點經(jīng)消弧線圈接地

　　國內(nèi)外研究資料表明，發(fā)電機中性點經(jīng)消弧線圈接地的發(fā)電機單相接地暫態(tài)過電壓和發(fā)電機運行頻率有直接關系。在額定頻率50 Hz附近的發(fā)電機單相接地的暫態(tài)過電壓值都小于2.6 Ux，也就是說發(fā)電機在并網(wǎng)運行的過程中發(fā)生了單相接地故障，發(fā)電機單相接地的暫態(tài)過電壓值小于2.6 Ux，不會破壞發(fā)電機絕緣。同時由于經(jīng)消弧線圈綜合的接地電流很小，滿足國標，故發(fā)電機可暫時不跳開關。運行人員先匯報調(diào)度，并開啟備用機組轉(zhuǎn)移負荷，再將事故機組減負荷至零后斷開發(fā)電機開關并停機。

　　3 發(fā)電機組電氣保護設計

　　推薦的發(fā)電機保護配置方案如下：

　　1)完全縱差保護;2)不完全縱差保護;3)高靈敏零序電流型橫差保護;4)裂相橫差保護;5)低壓記憶過電流保護;6)失磁保護;7)失步保護;8)迭加交流電壓型定子一點接地保護;9)迭加方波電壓型轉(zhuǎn)子一點接地保護;10)過勵磁保護;11)過電壓保護;12)反時限負序過流保護;13)定子繞組過負荷保護;14)轉(zhuǎn)子表層負序過負荷保護;15)發(fā)電機意外加電壓保護;16)軸電流保護;17)斷路器失靈保護;18)CT斷線保護;19)PT斷線保護;20)勵磁變差動保護;21)勵磁變過流保護。下面重點闡述以下幾種發(fā)電機電氣保護措施設計要點。

　　3.1定子一點接地保護設計

　　定子一點接地是發(fā)電機最常見的故障之一。現(xiàn)代的定子一點接地保護已經(jīng)不僅要求大型發(fā)電機具有100%的保護區(qū)，而且要求在定子繞組任一點發(fā)生接地故障時，保護裝置都具有較高的靈敏度。

　　3.2轉(zhuǎn)子一點接地保護

　　國內(nèi)目前采用的轉(zhuǎn)子一點接地保護類型有電橋式、迭加直流電壓式和迭加交流電壓式三種。為避免兩套保護相互干擾，推薦一套保護采用迭加方波電壓型轉(zhuǎn)子一點接地保護，另一套保護采用迭加直流電壓型轉(zhuǎn)子一點接地保護。

　　大型發(fā)電機的勵磁繞組及外部勵磁回路對地電容較大，因此轉(zhuǎn)子一點接地保護應采取措施以避免或消除對地電容對保護產(chǎn)生的不利影響。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，轉(zhuǎn)子一點接地保護應延時動作于信號。

　　4 計算機監(jiān)控系統(tǒng)與水車保護

　　在水電廠生產(chǎn)運行過程中，如果發(fā)生事故，首要的任務是將機組安全的停下來，以防止事故的進一步擴大。計算機監(jiān)控系統(tǒng)在水電廠應完成的功能有三個，即機組安全(水車保護)、監(jiān)控、順序控制，第一位應該是保證機組的安全(水車保護)，其次是監(jiān)控，再者是順序控制，故機組的安全(水車保護)是在計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計中應重點考慮的問題。在計算機監(jiān)控系統(tǒng)中的水車保護功能，一般是通過邏輯判斷來實現(xiàn)保護出口的推力、上導、下導、水導等瓦溫，壓油裝置的低油壓、低油位，電氣過速、機械過速的模擬量的跳閘停機越限值等;其他RTD、液位、流量等信號只報警。

　　《水力發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計規(guī)定》中，水力機械保護(水車保護)一般由另設的專門功能裝置實現(xiàn)，監(jiān)控系統(tǒng)與之交換簡單的信息，水力機械保護與繼電保護、勵磁系統(tǒng)、調(diào)速器應等同對待。為了進一步提高水車保護的可靠性并遵照水車保護應獨立成系統(tǒng)的規(guī)定，我們將推力瓦溫、上導瓦溫、下導瓦溫、水導瓦溫、壓油裝置的低油壓、低油位、電氣過速、機械過速幾個有保護出口的重要量，通過常規(guī)硬接線獨立于計算機監(jiān)控系統(tǒng)組成單獨的水車保護屏，用開關量進行邏輯判斷來實現(xiàn)水車保護。計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過模擬量進行邏輯判斷實現(xiàn)水車保護，與通過開關員進行邏輯判斷實現(xiàn)水車保護的常規(guī)系統(tǒng)起優(yōu)勢互補，從而實現(xiàn)對水車保護的冗余。

　　5 防雷接地設計

　　防雷措施按新增場地的防雷保護是否在原有防雷保護范圍內(nèi)來確定需不需要新增防雷措施;新增場地的主接地網(wǎng)需與原有變電站內(nèi)的主接地網(wǎng)兩點以上可靠連接，施工完畢后再實測接地電阻值，接地電阻值應滿足設計計算要求，如果超出允許值，應采取必要降阻措施;若是原有站址上的改建、擴建工程，防雷部分在一期工程中一般情況下已經(jīng)實施，但還是需要校驗是否滿足要求，不滿足時再新增防雷措施。

　　6 資料及會簽圖紙

　　專業(yè)間互提資料時，電氣一次提供給外專業(yè)的電氣主接線圖及電氣總平面布置圖必須是與現(xiàn)場實際情況相吻合并結(jié)合本期工程更新后的圖。

　　若接線是一臺半斷路器接線時，主接線圖中要將本期改建、擴建工程中需要完善串的全部電氣設備(特別是斷路器及電流互感器)的參數(shù)標注在電氣主接線圖上，以便各個專業(yè)進行核對會簽。會簽線路專業(yè)的圖紙時要注意其出線間隔的排列及出線相序與本專業(yè)是否是一致的。

　　設計時要預估施工中有可能存在的風險，盡量降低并提出安全措施，在有可能造成停電的改建、擴建工程中，要提出合理化的施工建議以減少停電損失。

　　7 結(jié)束語

　　在水電站電氣設計中，發(fā)電機中性點接地方式的選擇、限制廠變高壓側(cè)很大的短路、協(xié)調(diào)計算機監(jiān)控系統(tǒng)與水車保護等是必須注意的問題，文章針對這幾個問題進行了詳細地探討和分析，對提高水電站運行的可靠性將有積極作用。

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