小型水電站電氣設(shè)計及保護(hù)配置

【摘要】小型水電站設(shè)計是對電站進(jìn)行構(gòu)建的重要內(nèi)容，其設(shè)計質(zhì)量直接影響到水電工程的造價。合理的設(shè)計方法以及理論，不僅可以有效減少工程造價，還可以顯著縮短工期，并確保建設(shè)質(zhì)量。本文對小型水電站電氣設(shè)計進(jìn)行分析，并對相應(yīng)的保護(hù)裝置技術(shù)進(jìn)行研究，旨在為相關(guān)研究工作的順利推進(jìn)提供有利參考。

【關(guān)鍵詞】小型；水電站；電氣設(shè)計；保護(hù)配置

電氣設(shè)計對水電站的良好建設(shè)有著十分重要的意義，而小型水電站有著機(jī)組容量較小、工作人員技術(shù)水平要求較低、設(shè)備的相應(yīng)結(jié)構(gòu)較為簡單的優(yōu)勢，同時小型水電站的構(gòu)建是促進(jìn)鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)有效發(fā)展的有效途徑。以下是小型水電站電氣設(shè)計及保護(hù)配置的具體性論述。

1、小型水電站電氣一次設(shè)計

小型水電站的電氣設(shè)計通常分為電氣一次設(shè)計和電氣二次設(shè)計兩部分，電

氣一次設(shè)計主要是指對發(fā)電機(jī)和變壓器等接線方式進(jìn)行設(shè)計。

1.1擬定電氣主接線

電氣的主接線是對小型水電站電氣進(jìn)行設(shè)計的關(guān)鍵以及重要依據(jù)，與電站規(guī)模、電站自身的經(jīng)濟(jì)性、電網(wǎng)特性等有著十分密切的聯(lián)系，并對電氣設(shè)備的型號選擇、布置以及繼電保護(hù)與控制的方式有著十分重要的影響。同時電氣主接線是小型水電站在運行過程中工作人員落實各項操作以及對事故進(jìn)行處理的有效依據(jù)。所以在對基本條件以及要求進(jìn)行充分滿足的基礎(chǔ)上，所采用的接線方式需要簡單、明了，并且有效滿足實際需求。如果選擇的是單機(jī)組，就需要將發(fā)電機(jī)和變壓器中的組單元進(jìn)行接線；如果選擇的是多臺機(jī)組，就將單母線進(jìn)行不分段接線，然后對一臺主變進(jìn)行共用；如果是其他機(jī)組形式，就利用隔離開關(guān)對兩臺主變進(jìn)行單母線分段，以顯著提升機(jī)組運行的靈活性。

1.2同期裝置和電氣測量

在電氣設(shè)計過程中每臺機(jī)組都需要有相應(yīng)的同期裝備進(jìn)行配備，然后對同步發(fā)電機(jī)的快速并網(wǎng)進(jìn)行最佳控制，這不僅可以對機(jī)組進(jìn)行并網(wǎng)前的空載能量消耗進(jìn)行節(jié)約，還可以在機(jī)組出現(xiàn)故障時，及時對備用機(jī)組進(jìn)行有效運用，為系統(tǒng)的安穩(wěn)運行提供切確保障。在并入電網(wǎng)的小型水電站中電氣的測量以及監(jiān)視范圍有：三相交流的電壓與電流、頻率、有功功率等。為了便于得到電氣測量值，就需要將監(jiān)視表計、互感器、保護(hù)裝置等在控制屏上進(jìn)行有效安裝。為了能夠?qū)﹄姎鉁y量方面的控制與操作進(jìn)行優(yōu)化，電網(wǎng)表計、同期裝置等也需要在控制屏上進(jìn)行安裝。

1.3發(fā)電機(jī)和主變壓器設(shè)計

主變和發(fā)電機(jī)的連接方式通常采用主流的單元接線方式來聯(lián)接。小型水電站電氣一次設(shè)計的發(fā)電機(jī)出口處連接線加裝斷路器確保出口線的安全。發(fā)電機(jī)通過變壓器接地可以確保發(fā)電機(jī)在強壓作用下不會被燒壞。

1.4快速落門控制回路

為了確保小型水電站發(fā)電機(jī)組的安全持續(xù)運行，在發(fā)電機(jī)組接點和手動閘門接點處設(shè)計快速落門控制回路。進(jìn)水口快速門是小型水電站發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)過速保護(hù)的最后屏障，快速落門控制回路是否可以有效的控制進(jìn)水口的落門動作，是小型水電站一次電氣設(shè)計中的重中之重。

2、小型水電站電氣二次設(shè)計

2.1 選擇合理同步方式和正確接線

目前小型水電站通常是接入大電力系統(tǒng)并網(wǎng)運行，這樣的小型水電站要根據(jù)水電站自身的實際運行情況以及大電力系統(tǒng)的需求選擇恰當(dāng)?shù)耐椒绞胶驼_的接線方式。首先，為了使小型發(fā)電站的發(fā)電機(jī)能夠與大電力系統(tǒng)并網(wǎng)，要準(zhǔn)確的選擇同步點，因為某些原因發(fā)生跳閘后，發(fā)電機(jī)通過簡單的操作后就可以重新復(fù)電。小型水電站通常采用手動或恒定導(dǎo)前相角式的半自動準(zhǔn)同步裝置。

2.2保護(hù)裝置

設(shè)計小型水電站主保護(hù)裝置的配置需要真正滿足繼電保護(hù)的基本要求，在此基礎(chǔ)上才能實現(xiàn)簡單性高、可行性高、維修檢修方便性高、造價低及運行人員容易掌握的目的。水電站發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置的設(shè)置可結(jié)合具體情況進(jìn)行，一般可以設(shè)置下列保護(hù)，見于表1中。

2.2.1電流保護(hù)

如果只有一臺800kW的機(jī)組，就應(yīng)該將自動空氣斷路器作為短路保護(hù)中的主保護(hù)，而發(fā)電機(jī)的微機(jī)智能綜合保護(hù)器作為后備保護(hù)，可以通過其對發(fā)電機(jī)保護(hù)中的相應(yīng)整定值進(jìn)行明確。反時限電流能夠確切增強保護(hù)力度，如果發(fā)電機(jī)有過電流問題出現(xiàn)時，在綜合保護(hù)器中流過的電流值會大于其動作值，保護(hù)出口的常開節(jié)點就會出現(xiàn)閉合，斷路器中的分離線圈就會跳開主觸頭，從而對發(fā)電機(jī)組的安全進(jìn)行有效保護(hù)。

2.2.2電壓保護(hù)

如果電網(wǎng)出現(xiàn)停電狀況，因為線路的用電負(fù)荷高于發(fā)電機(jī)本身的容量，就會出現(xiàn)電壓明顯下降狀況，斷路器中的欠壓線圈跳開，以防止電網(wǎng)有電后出現(xiàn)非同期并列情況。在電網(wǎng)停電并甩符合之后，機(jī)組端的電壓會快速升高，并出現(xiàn)過電壓，而綜合保護(hù)器中的電壓值會明顯大于其動作值，保護(hù)出口的常開節(jié)點就會出現(xiàn)閉合，斷路器的分離線圈跳離主觸頭，勵磁調(diào)節(jié)器就會自動變?yōu)榭蛰d運行，進(jìn)而對機(jī)組安全進(jìn)行保護(hù)。

2.2.3過速保護(hù)

因為電網(wǎng)停電、短路、長時間過載等原因，機(jī)組在甩負(fù)荷之后，其轉(zhuǎn)速會快速提升，這叫做過速飛逸。如果不能對勵磁以及調(diào)速器進(jìn)行有效關(guān)閉，就可能出現(xiàn)相應(yīng)事故。如果水電站不具備電動調(diào)速功能，就可以將三相水阻器當(dāng)作保護(hù)負(fù)荷。以被保護(hù)機(jī)組自身額定功率的70%-80%對水阻容量進(jìn)行考慮，當(dāng)水阻容量太大時，在機(jī)組甩負(fù)荷的一瞬間，水輪機(jī)組會受到電流的強烈沖擊，受到較大的制動力，十分不利于機(jī)組的安穩(wěn)運行，甚至?xí)?dǎo)致機(jī)組的基礎(chǔ)出現(xiàn)松動狀況。而水阻容量太小時，不能對機(jī)組的過速飛逸進(jìn)行有效抑制。對水阻負(fù)荷進(jìn)行調(diào)試過程中，需要在水中慢慢增加水阻劑，直至滿足要求為止。

2.2.4防雷保護(hù)

（1）安裝避雷針

在變壓器中可能會出現(xiàn)有著正逆變換波的過電壓，為了對線路以及變壓器進(jìn)行有效的防雷保護(hù)，就需要在變壓器高、低壓旁邊對相應(yīng)的避雷針進(jìn)行安裝。挨近變壓器對避雷針進(jìn)行安裝，這樣可以提升避雷效果?？梢栽谧儔浩黜斏w的旁邊對避雷針進(jìn)行安裝，并且需要對避雷針以及變壓器的外殼和變壓器中性點進(jìn)行有效連接，然后進(jìn)行接地處理，從而顯著提升防雷保護(hù)效果。

采用的無間隙氧化鋅避雷器，6kV側(cè)和35kV側(cè)安裝避雷器，型號如表2、表3所示。

2.2.5短路、過載保護(hù)

在變壓器的高壓一側(cè)可以利用跌落式熔斷器進(jìn)行短路以及過載保護(hù)。通過相應(yīng)的實踐證明，如果跌落式熔斷器所具備的額定電壓是6kV，就只能在容量≤400kVA的變壓器上進(jìn)行使用；如果跌落式熔斷器所具備的額定電壓是10kV，就只能在容量≤630kVA的變壓器上進(jìn)行使用；如果變壓器的容量>750kVA時，就必須對真空斷路器進(jìn)行使用。

3、結(jié)束語：

綜上所述，小型水電站的構(gòu)建可以有效促進(jìn)山區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，有利于對農(nóng)村生活質(zhì)量進(jìn)行有效改善，讓人們更加快速的脫貧致富，是有效縮小城鄉(xiāng)差距的手段之一。小型水電站的建設(shè)可以通過稅收的提升、資金的投入以及相應(yīng)服務(wù)業(yè)務(wù)的良好發(fā)展，對當(dāng)?shù)刭Y源所具備的優(yōu)勢進(jìn)行充分發(fā)揮，有效推動當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。按照以上原則對小型水電站的電氣進(jìn)行設(shè)計，可以充分滿足相應(yīng)的技術(shù)要求，同時還可以獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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