小型水電站電氣設計及保護配置

【摘要】小型水電站設計是對電站進行構建的重要內容，其設計質量直接影響到水電工程的造價。合理的設計方法以及理論，不僅可以有效減少工程造價，還可以顯著縮短工期，并確保建設質量。本文對小型水電站電氣設計進行分析，并對相應的保護裝置技術進行研究，旨在為相關研究工作的順利推進提供有利參考。

【關鍵詞】小型；水電站；電氣設計；保護配置

電氣設計對水電站的良好建設有著十分重要的意義，而小型水電站有著機組容量較小、工作人員技術水平要求較低、設備的相應結構較為簡單的優勢，同時小型水電站的構建是促進鄉村經濟有效發展的有效途徑。以下是小型水電站電氣設計及保護配置的具體性論述。

1、小型水電站電氣一次設計

小型水電站的電氣設計通常分為電氣一次設計和電氣二次設計兩部分，電

氣一次設計主要是指對發電機和變壓器等接線方式進行設計。

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行設計的關鍵以及重要依據，與電站規模、電站自身的經濟性、電網特性等有著十分密切的聯系，并對電氣設備的型號選擇、布置以及繼電保護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行處理的有效依據。所以在對基本條件以及要求進行充分滿足的基礎上，所采用的接線方式需要簡單、明了，并且有效滿足實際需求。如果選擇的是單機組，就需要將發電機和變壓器中的組單元進行接線；如果選擇的是多臺機組，就將單母線進行不分段接線，然后對一臺主變進行共用；如果是其他機組形式，就利用隔離開關對兩臺主變進行單母線分段，以顯著提升機組運行的靈活性。

1.2同期裝置和電氣測量

在電氣設計過程中每臺機組都需要有相應的同期裝備進行配備，然后對同步發電機的快速并網進行最佳控制，這不僅可以對機組進行并網前的空載能量消耗進行節約，還可以在機組出現故障時，及時對備用機組進行有效運用，為系統的安穩運行提供切確保障。在并入電網的小型水電站中電氣的測量以及監視范圍有：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，就需要將監視表計、互感器、保護裝置等在控制屏上進行有效安裝。為了能夠對電氣測量方面的控制與操作進行優化，電網表計、同期裝置等也需要在控制屏上進行安裝。

1.3發電機和主變壓器設計

主變和發電機的連接方式通常采用主流的單元接線方式來聯接。小型水電站電氣一次設計的發電機出口處連接線加裝斷路器確保出口線的安全。發電機通過變壓器接地可以確保發電機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電機組的安全持續運行，在發電機組接點和手動閘門接點處設計快速落門控制回路。進水口快速門是小型水電站發電機組實現過速保護的最后屏障，快速落門控制回路是否可以有效的控制進水口的落門動作，是小型水電站一次電氣設計中的重中之重。

2、小型水電站電氣二次設計

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并網運行，這樣的小型水電站要根據水電站自身的實際運行情況以及大電力系統的需求選擇恰當的同步方式和正確的接線方式。首先，為了使小型發電站的發電機能夠與大電力系統并網，要準確的選擇同步點，因為某些原因發生跳閘后，發電機通過簡單的操作后就可以重新復電。小型水電站通常采用手動或恒定導前相角式的半自動準同步裝置。

2.2保護裝置

設計小型水電站主保護裝置的配置需要真正滿足繼電保護的基本要求，在此基礎上才能實現簡單性高、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。水電站發電機保護裝置的設置可結合具體情況進行，一般可以設置下列保護，見于表1中。

2.2.1電流保護

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

2.2.2電壓保護

如果電網出現停電狀況，因為線路的用電負荷高于發電機本身的容量，就會出現電壓明顯下降狀況，斷路器中的欠壓線圈跳開，以防止電網有電后出現非同期并列情況。在電網停電并甩符合之后，機組端的電壓會快速升高，并出現過電壓，而綜合保護器中的電壓值會明顯大于其動作值，保護出口的常開節點就會出現閉合，斷路器的分離線圈跳離主觸頭，勵磁調節器就會自動變為空載運行，進而對機組安全進行保護。

2.2.3過速保護

因為電網停電、短路、長時間過載等原因，機組在甩負荷之后，其轉速會快速提升，這叫做過速飛逸。如果不能對勵磁以及調速器進行有效關閉，就可能出現相應事故。如果水電站不具備電動調速功能，就可以將三相水阻器當作保護負荷。以被保護機組自身額定功率的70%-80%對水阻容量進行考慮，當水阻容量太大時，在機組甩負荷的一瞬間，水輪機組會受到電流的強烈沖擊，受到較大的制動力，十分不利于機組的安穩運行，甚至會導致機組的基礎出現松動狀況。而水阻容量太小時，不能對機組的過速飛逸進行有效抑制。對水阻負荷進行調試過程中，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

（1）安裝避雷針

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

采用的無間隙氧化鋅避雷器，6kV側和35kV側安裝避雷器，型號如表2、表3所示。

2.2.5短路、過載保護

在變壓器的高壓一側可以利用跌落式熔斷器進行短路以及過載保護。通過相應的實踐證明，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的變壓器上進行使用；如果變壓器的容量>750kVA時，就必須對真空斷路器進行使用。

3、結束語：

綜上所述，小型水電站的構建可以有效促進山區經濟的快速發展，有利于對農村生活質量進行有效改善，讓人們更加快速的脫貧致富，是有效縮小城鄉差距的手段之一。小型水電站的建設可以通過稅收的提升、資金的投入以及相應服務業務的良好發展，對當地資源所具備的優勢進行充分發揮，有效推動當地經濟的快速發展。按照以上原則對小型水電站的電氣進行設計，可以充分滿足相應的技術要求，同時還可以獲得良好的經濟效益。

參考文獻：

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