小型水電站電氣設(shè)計(jì)及保護(hù)配置

【摘要】小型水電站設(shè)計(jì)是對電站進(jìn)行構(gòu)建的重要內(nèi)容，其設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響到水電工程的造價(jià)。合理的設(shè)計(jì)方法以及理論，不僅可以有效減少工程造價(jià)，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(jì)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(jì)；保護(hù)配置

電氣設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(jì)

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

氣一次設(shè)計(jì)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(jì)。

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(jì)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(hào)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(shí)電氣主接線是小型水電站在運(yùn)行過程中工作人員落實(shí)各項(xiàng)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(shí)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(tái)機(jī)組，就將單母線進(jìn)行不分段接線，然后對一臺(tái)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(tái)主變進(jìn)行單母線分段，以顯著提升機(jī)組運(yùn)行的靈活性。

1.2同期裝置和電氣測量

在電氣設(shè)計(jì)過程中每臺(tái)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(shí)，及時(shí)對備用機(jī)組進(jìn)行有效運(yùn)用，為系統(tǒng)的安穩(wěn)運(yùn)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(jì)、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(jì)、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(jì)

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(jì)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(qiáng)壓作用下不會(huì)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(yùn)行，在發(fā)電機(jī)組接點(diǎn)和手動(dòng)閘門接點(diǎn)處設(shè)計(jì)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(shí)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(dòng)作，是小型水電站一次電氣設(shè)計(jì)中的重中之重。

2、小型水電站電氣二次設(shè)計(jì)

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(yùn)行，這樣的小型水電站要根據(jù)水電站自身的實(shí)際運(yùn)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(diǎn)，因?yàn)槟承┰虬l(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(dòng)或恒定導(dǎo)前相角式的半自動(dòng)準(zhǔn)同步裝置。

2.2保護(hù)裝置

設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)簡單性高、可行性高、維修檢修方便性高、造價(jià)低及運(yùn)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(tái)800kW的機(jī)組，就應(yīng)該將自動(dòng)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(shí)限電流能夠確切增強(qiáng)保護(hù)力度，如果發(fā)電機(jī)有過電流問題出現(xiàn)時(shí)，在綜合保護(hù)器中流過的電流值會(huì)大于其動(dòng)作值，保護(hù)出口的常開節(jié)點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)閉合，斷路器中的分離線圈就會(huì)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?yàn)榫€路的用電負(fù)荷高于發(fā)電機(jī)本身的容量，就會(huì)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(huì)快速升高，并出現(xiàn)過電壓，而綜合保護(hù)器中的電壓值會(huì)明顯大于其動(dòng)作值，保護(hù)出口的常開節(jié)點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)閉合，斷路器的分離線圈跳離主觸頭，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器就會(huì)自動(dòng)變?yōu)榭蛰d運(yùn)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?yàn)殡娋W(wǎng)停電、短路、長時(shí)間過載等原因，機(jī)組在甩負(fù)荷之后，其轉(zhuǎn)速會(huì)快速提升，這叫做過速飛逸。如果不能對勵(lì)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(dòng)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(shí)，在機(jī)組甩負(fù)荷的一瞬間，水輪機(jī)組會(huì)受到電流的強(qiáng)烈沖擊，受到較大的制動(dòng)力，十分不利于機(jī)組的安穩(wěn)運(yùn)行，甚至?xí)?dǎo)致機(jī)組的基礎(chǔ)出現(xiàn)松動(dòng)狀況。而水阻容量太小時(shí)，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(huì)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。可以在變壓器頂蓋的旁邊對避雷針進(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(diǎn)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(hào)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(shí)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(shí)，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(dòng)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(jì)，可以充分滿足相應(yīng)的技術(shù)要求，同時(shí)還可以獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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