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。在廠變高壓側發生的相間短路的短路電流是全廠發電機和系統的短路電流之和，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，在廠變高壓側加有高壓限流熔斷器組合保護裝置。在2.5 ms以內，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相間短路而發生的高廠變爆炸事故和對發電機、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的配合問題，廠變低壓側最大短路電流折算到高壓側的值對應的FU的熔斷時間，應大于低壓側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。以避免低壓側故障使FU熔斷而產生越級跳閘、擴大事故范圍。低壓側最大短路電流折算到高壓側的值對應的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，由于經消弧線圈接地電流很小，可滿足國標要求，故在發電機發生單相接地故障時，可以暫不跳發電機開關，只發信號，由運行人員處理。近些年國內新建設的水電站發電機中性點的接地方式大部分采用接地變壓器接地(經高阻接地)，在發電機發生單相接地故障時，接地電容性電流未經消弧線圈綜合，接地電流大于附表中的允許值，故必須作用于跳發電機開關。

　　2.1單相接地故障產生的過電壓

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

　　2.2發電機中性點經消弧線圈接地

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

　　3 發電機組電氣保護設計

　　推薦的發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)轉子表層負序過負荷保護;15)發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

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

　　3.2轉子一點接地保護

　　國內目前采用的轉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子一點接地保護，另一套保護采用迭加直流電壓型轉子一點接地保護。

　　大型發電機的勵磁繞組及外部勵磁回路對地電容較大，因此轉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生的不利影響。根據規程規定，轉子一點接地保護應延時動作于信號。

　　4 計算機監控系統與水車保護

　　在水電廠生產運行過程中，如果發生事故，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。計算機監控系統在水電廠應完成的功能有三個，即機組安全(水車保護)、監控、順序控制，第一位應該是保證機組的安全(水車保護)，其次是監控，再者是順序控制，故機組的安全(水車保護)是在計算機監控系統設計中應重點考慮的問題。在計算機監控系統中的水車保護功能，一般是通過邏輯判斷來實現保護出口的推力、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。

　　《水力發電廠計算機監控系統設計規定》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，監控系統與之交換簡單的信息，水力機械保護與繼電保護、勵磁系統、調速器應等同對待。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的規定，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，通過常規硬接線獨立于計算機監控系統組成單獨的水車保護屏，用開關量進行邏輯判斷來實現水車保護。計算機監控系統通過模擬量進行邏輯判斷實現水車保護，與通過開關員進行邏輯判斷實現水車保護的常規系統起優勢互補，從而實現對水車保護的冗余。

　　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來確定需不需要新增防雷措施;新增場地的主接地網需與原有變電站內的主接地網兩點以上可靠連接，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

　　專業間互提資料時，電氣一次提供給外專業的電氣主接線圖及電氣總平面布置圖必須是與現場實際情況相吻合并結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)的參數標注在電氣主接線圖上，以便各個專業進行核對會簽。會簽線路專業的圖紙時要注意其出線間隔的排列及出線相序與本專業是否是一致的。

　　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 結束語

　　在水電站電氣設計中，發電機中性點接地方式的選擇、限制廠變高壓側很大的短路、協調計算機監控系統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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