小型水電站的安全運(yùn)行技術(shù)措施

【摘 要】小型水電站的機(jī)組保護(hù)一般按常規(guī)最簡單的原則配置，運(yùn)行操作基本都是采用手動(dòng)完成，這樣威脅著機(jī)組和電網(wǎng)的運(yùn)行安全。在現(xiàn)有的條件下，采取一定的技術(shù)措施，可實(shí)現(xiàn)小型水電站的安全運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】小型；水電站；安全運(yùn)行；技術(shù)；措施

1 前言

近年來，山區(qū)小型水電站由于投資少、見效快、回報(bào)率高，吸引了不少的投資者，使得小水電站的數(shù)量不斷增多，隨著電力網(wǎng)建設(shè)的不斷完善，這些小水電站大多已并網(wǎng)運(yùn)行，給發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行提出了更高的要求。

目前大多數(shù)小型水電站發(fā)電機(jī)機(jī)端出口電壓為0.4kV，常采用整步表法或暗燈法并網(wǎng)，除在發(fā)電機(jī)機(jī)端空氣開關(guān)處設(shè)有一組感應(yīng)式電流繼電器作過流、速斷保護(hù)及利用空氣開關(guān)的欠壓脫扣器線圈作欠壓保護(hù)外，基本沒其他保護(hù)。

電站老板為了節(jié)省投資，都采用手動(dòng)調(diào)速、半波整流橋勵(lì)磁裝置，上網(wǎng)線路幾乎都是10KV配電線路，沿線有供電負(fù)荷存在。 并網(wǎng)時(shí)很難把握好同期時(shí)間，沖擊電流大，導(dǎo)致電網(wǎng)及機(jī)組的劇烈振蕩，給電網(wǎng)及機(jī)組帶來嚴(yán)重的危害。豐水期間，由于某種原因并網(wǎng)運(yùn)行突然轉(zhuǎn)為脫網(wǎng)運(yùn)行，在沿線負(fù)荷較輕的情況下，沿線用戶的用電器將承受著較高的電壓，致使用戶的用電器承受過電壓，甚至有可能被燒毀?？菟陂g，由于某種原因并網(wǎng)運(yùn)行突然轉(zhuǎn)為脫網(wǎng)運(yùn)行，沿線負(fù)荷較重，就會(huì)出現(xiàn)功率缺額。當(dāng)出現(xiàn)無功功率缺額時(shí)，電壓會(huì)降低，當(dāng)降到或者低于70%額定電壓時(shí)，空氣開關(guān)因失壓脫扣跳閘。當(dāng)出現(xiàn)有功功率缺額時(shí)，電壓下降不大，空氣開關(guān)未能跳閘，致使機(jī)組及線路上的用電器，特別是電動(dòng)機(jī)有可能因低電壓過電流損壞。

小型水電站多采用手動(dòng)開停機(jī)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，當(dāng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于某種原因，機(jī)組出口空氣開關(guān)跳閘，若關(guān)機(jī)不及時(shí)，容易造成飛逸轉(zhuǎn)速，致使機(jī)組在高轉(zhuǎn)速作用下引起機(jī)械損壞，在高電壓作用下易引起絕緣損壞。

2 機(jī)組保護(hù)設(shè)置現(xiàn)狀

山區(qū)小型水電站大多數(shù)是裝機(jī)容量在1000kW以下的低壓水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組的保護(hù)一般都按最簡的原則進(jìn)行配置，發(fā)電機(jī)出口經(jīng)低壓斷路器（常用空氣開關(guān)）、隔離開關(guān)到低壓母線，發(fā)電機(jī)的保護(hù)主要靠低壓斷路器的自身保護(hù)來實(shí)現(xiàn)機(jī)組過流保護(hù)、低電壓保護(hù)。

發(fā)電機(jī)無功負(fù)荷的調(diào)節(jié)、有功負(fù)荷的調(diào)節(jié)、并網(wǎng)操作及發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷操作，基本上都采用手動(dòng)來完成。若發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，因外線故障或大電網(wǎng)停電，發(fā)電機(jī)電壓迅速降低，使發(fā)電機(jī)出口斷路器跳閘；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速升高，發(fā)電機(jī)出口電壓將升高到額定電壓的1.3倍以上，此電壓將使發(fā)電機(jī)的絕緣受到嚴(yán)重威脅。若發(fā)電機(jī)有絕緣缺陷，則發(fā)電機(jī)將會(huì)被燒壞。同時(shí)水輪機(jī)由于沒有調(diào)速器，使得機(jī)組轉(zhuǎn)速不斷升高，將出現(xiàn)"飛車"現(xiàn)象。

3 安全技術(shù)措施

3.1 設(shè)置DZZB型自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)裝置

DZZB型自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)裝置，是一種電子型集成控制儀器，動(dòng)作靈敏，結(jié)構(gòu)小巧，外形美觀。采用DW16型電動(dòng)儲(chǔ)能合閘空氣開關(guān)的機(jī)組，由于空氣開關(guān)合閘時(shí)間非常短，DZZB自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置合閘出口直接接到合閘線圈回路，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)并網(wǎng)操作。本裝置可與MZ型組合同期表一起安裝在機(jī)組控制屏上，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)或自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)的切換，提高并網(wǎng)的效率。通過MZ組合同期表觀察，當(dāng)接近并網(wǎng)條件時(shí)，再投入自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，這樣可有效地保護(hù)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，延長其使用壽命。

3.2 設(shè)置發(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)

在機(jī)組控制屏上加裝DY-34型電壓繼電器1只，此裝置接線簡單，投資少。電源取自發(fā)電機(jī)出口開關(guān)進(jìn)線側(cè)。把電壓繼電器的兩對(duì)常閉接點(diǎn)并接后（保證觸點(diǎn)接觸可靠和有足夠的容量），再串入空氣開關(guān)的欠壓脫扣器線圈回路中。電壓正常時(shí)，常閉接點(diǎn)閉合，空氣開關(guān)的欠壓脫扣器線圈通電，使空氣開關(guān)處于合閘狀態(tài)；當(dāng)電壓達(dá)到或超過整定值（常規(guī)整定值為1.25Ue）時(shí)，常閉接點(diǎn)打開，欠壓脫扣器線圈斷電，空氣開關(guān)跳閘，實(shí)現(xiàn)過電壓保護(hù)的目的。

3.3 設(shè)置低頻保護(hù)裝置

低頻保護(hù)是針對(duì)電站脫網(wǎng)帶重負(fù)荷運(yùn)行加裝的一種保護(hù)，采用BDZ-1B型低頻繼電器作為過流的后備保護(hù)，低頻整定范圍為49～46Hz，常規(guī)整定為47Hz。當(dāng)機(jī)組脫網(wǎng)帶重負(fù)荷運(yùn)行，有功功率不足，頻率下降或波動(dòng)到低于47Hz時(shí)，其一對(duì)常開觸點(diǎn)閉合，發(fā)出跳閘信號(hào)，作用于空氣開關(guān)的分勵(lì)脫扣線圈，使機(jī)組出口開關(guān)跳閘，機(jī)組停止向外供電，從而使機(jī)組本身及所供線路上的電動(dòng)機(jī)避免因低頻運(yùn)行帶來的損傷。

3.4 設(shè)置水輪機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)裝置

通過單相交流電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器來控制水輪機(jī)的操作手柄，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速控制由電動(dòng)機(jī)來完成。當(dāng)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，此時(shí)當(dāng)出現(xiàn)外線路故障或大電網(wǎng)停電時(shí)，機(jī)組出口空氣開關(guān)的常閉輔助接點(diǎn)閉合，接通電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)回路，經(jīng)減速器使水輪機(jī)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)自動(dòng)關(guān)閉，關(guān)閉到位后電動(dòng)機(jī)回路中的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)限位開關(guān)斷開，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，自動(dòng)關(guān)機(jī)過程結(jié)束。這樣可以防止了機(jī)組“飛車”事故的發(fā)生。若機(jī)組勵(lì)磁回路的滅磁開關(guān)跳閘，交流電機(jī)將無電源啟動(dòng)。

3.5 設(shè)置水阻消能保護(hù)裝置

小型水電站的開停機(jī)操作大多為手動(dòng)方式，當(dāng)機(jī)組出口或線路側(cè)空氣開關(guān)跳閘后，由于值班員睡覺、滅磁開關(guān)跳閘和來不及關(guān)機(jī)，機(jī)組將出現(xiàn)飛逸轉(zhuǎn)速，由此可能帶來機(jī)組機(jī)械性損壞，甚至危及人身安全。

水阻消能裝置就是利用鹽溶液將發(fā)電機(jī)機(jī)端電源平衡短路，在鹽溶液的電解反應(yīng)過程中消耗能量，當(dāng)電解的鹽溶液消耗的電能基本與發(fā)電機(jī)輸出的電能相等時(shí)，發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、不產(chǎn)生飛逸轉(zhuǎn)速，從而保護(hù)了發(fā)電機(jī)。

一般按每150kW的出力配置1m3的鹽溶液來建造水阻池。調(diào)節(jié)水阻鹽溶液濃度時(shí)，應(yīng)以能消耗60%的機(jī)組出力為合適。四個(gè)消能電極采用長方形布置，用導(dǎo)線將引出線處連成一相，另外兩極各一相，使三相平衡。

4 結(jié)語

為確保小型低壓水輪發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)的安全運(yùn)行，提高近區(qū)負(fù)荷供電質(zhì)量，我們對(duì)五峰縣栗子坪、仙人巖、謝家寨三座電站進(jìn)行了上述改造，經(jīng)過五年來的運(yùn)行來看，裝置具有動(dòng)作可靠、反應(yīng)靈敏、操作方便等特點(diǎn)，改造后的電站并網(wǎng)迅速、準(zhǔn)確，脫網(wǎng)運(yùn)行時(shí)無過壓、欠壓、低頻供電現(xiàn)象，甩負(fù)荷后，不出現(xiàn)飛逸轉(zhuǎn)速，電站運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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[3]程遠(yuǎn)楚 張江濱.《水輪機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)》.水利水電出版社.2010.

作者簡介：

周大軍，1974年8月7日出生，男，土家族，湖北省五峰縣人，水電工程工程師，大學(xué)本科學(xué)歷，長期從事水電工程建設(shè)和電站運(yùn)行管理工作。