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【摘 要】小型水电站的机组保护一般按常规最简单的原则配置，运行操作基本都是采用手动完成，这样威胁着机组和电网的运行安全。在现有的条件下，采取一定的技术措施，可实现小型水电站的安全运行。
【关键词】小型；水电站；安全运行；技术；措施
1 前言
近年来，山区小型水电站由于投资少、见效快、回报率高，吸引了不少的投资者，使得小水电站的数量不断增多，随着电力网建设的不断完善，这些小水电站大多已并网运行，给发电机的安全运行提出了更高的要求。
目前大多数小型水电站发电机机端出口电压为0.4kV，常采用整步表法或暗灯法并网，除在发电机机端空气开关处设有一组感应式电流继电器作过流、速断保护及利用空气开关的欠压脱扣器线圈作欠压保护外，基本没其他保护。
电站老板为了节省投资，都采用手动调速、半波整流桥励磁装置，上网线路几乎都是10KV配电线路，沿线有供电负荷存在。 并网时很难把握好同期时间，冲击电流大，导致电网及机组的剧烈振荡，给电网及机组带来严重的危害。丰水期间，由于某种原因并网运行突然转为脱网运行，在沿线负荷较轻的情况下，沿线用户的用电器将承受着较高的电压，致使用户的用电器承受过电压，甚至有可能被烧毁。枯水期间，由于某种原因并网运行突然转为脱网运行，沿线负荷较重，就会出现功率缺额。当出现无功功率缺额时，电压会降低，当降到或者低于70%额定电压时，空气开关因失压脱扣跳闸。当出现有功功率缺额时，电压下降不大，空气开关未能跳闸，致使机组及线路上的用电器，特别是电动机有可能因低电压过电流损坏。
小型水电站多采用手动开停机，劳动强度大，当满负荷运行时，由于某种原因，机组出口空气开关跳闸，若关机不及时，容易造成飞逸转速，致使机组在高转速作用下引起机械损坏，在高电压作用下易引起绝缘损坏。
2 机组保护设置现状
山区小型水电站大多数是装机容量在1000kW以下的低压水轮发电机组，机组的保护一般都按最简的原则进行配置，发电机出口经低压断路器（常用空气开关）、隔离开关到低压母线，发电机的保护主要靠低压断路器的自身保护来实现机组过流保护、低电压保护。
发电机无功负荷的调节、有功负荷的调节、并网操作及发电机甩负荷操作，基本上都采用手动来完成。若发电机满负荷运行时，因外线故障或大电网停电，发电机电压迅速降低，使发电机出口断路器跳闸；发电机转速迅速升高，发电机出口电压将升高到额定电压的1.3倍以上，此电压将使发电机的绝缘受到严重威胁。若发电机有绝缘缺陷，则发电机将会被烧坏。同时水轮机由于没有调速器，使得机组转速不断升高，将出现"飞车"现象。
3 安全技术措施
3.1 设置DZZB型自动准同期并网装置
DZZB型自动准同期并网装置，是一种电子型集成控制仪器，动作灵敏，结构小巧，外形美观。采用DW16型电动储能合闸空气开关的机组，由于空气开关合闸时间非常短，DZZB自动准同期装置合闸出口直接接到合闸线圈回路，实现完全自动并网操作。本装置可与MZ型组合同期表一起安装在机组控制屏上，实现手动或自动准同期并网的切换，提高并网的效率。通过MZ组合同期表观察，当接近并网条件时，再投入自动准同期装置，这样可有效地保护自动准同期装置，延长其使用寿命。
3.2 设置发电机过电压保护
在机组控制屏上加装DY-34型电压继电器1只，此装置接线简单，投资少。电源取自发电机出口开关进线侧。把电压继电器的两对常闭接点并接后（保证触点接触可靠和有足够的容量），再串入空气开关的欠压脱扣器线圈回路中。电压正常时，常闭接点闭合，空气开关的欠压脱扣器线圈通电，使空气开关处于合闸状态；当电压达到或超过整定值（常规整定值为1.25Ue）时，常闭接点打开，欠压脱扣器线圈断电，空气开关跳闸，实现过电压保护的目的。
3.3 设置低频保护装置
低频保护是针对电站脱网带重负荷运行加装的一种保护，采用BDZ-1B型低频继电器作为过流的后备保护，低频整定范围为49～46Hz，常规整定为47Hz。当机组脱网带重负荷运行，有功功率不足，频率下降或波动到低于47Hz时，其一对常开触点闭合，发出跳闸信号，作用于空气开关的分励脱扣线圈，使机组出口开关跳闸，机组停止向外供电，从而使机组本身及所供线路上的电动机避免因低频运行带来的损伤。
3.4 设置水轮机自动关机装置
通过单相交流电动机经减速器来控制水轮机的操作手柄，水轮机的转速控制由电动机来完成。当机组满负荷运行，此时当出现外线路故障或大电网停电时，机组出口空气开关的常闭辅助接点闭合，接通电动机运转回路，经减速器使水轮机的导水机构自动关闭，关闭到位后电动机回路中的导水机构限位开关断开，电动机停止运转，自动关机过程结束。这样可以防止了机组“飞车”事故的发生。若机组励磁回路的灭磁开关跳闸，交流电机将无电源启动。
3.5 设置水阻消能保护装置
小型水电站的开停机操作大多为手动方式，当机组出口或线路侧空气开关跳闸后，由于值班员睡觉、灭磁开关跳闸和来不及关机，机组将出现飞逸转速，由此可能带来机组机械性损坏，甚至危及人身安全。
水阻消能装置就是利用盐溶液将发电机机端电源平衡短路，在盐溶液的电解反应过程中消耗能量，当电解的盐溶液消耗的电能基本与发电机输出的电能相等时，发电机运行稳定、不产生飞逸转速，从而保护了发电机。
一般按每150kW的出力配置1m3的盐溶液来建造水阻池。调节水阻盐溶液浓度时，应以能消耗60%的机组出力为合适。四个消能电极采用长方形布置，用导线将引出线处连成一相，另外两极各一相，使三相平衡。
4 结语
为确保小型低压水轮发电机组并网的安全运行，提高近区负荷供电质量，我们对五峰县栗子坪、仙人岩、谢家寨三座电站进行了上述改造，经过五年来的运行来看，装置具有动作可靠、反应灵敏、操作方便等特点，改造后的电站并网迅速、准确，脱网运行时无过压、欠压、低频供电现象，甩负荷后，不出现飞逸转速，电站运行稳定、安全可靠，取得了良好的社会效益和经济效益。
参考文献
[1]熊为群 陶然.《继电保护 自动装置及二次回路》第2版.中国电力出版社.2000.
[2]金钟元.《水力机械》.水利水电出版社.1992.
[3]程远楚 张江滨.《水轮机自动调节》.水利水电出版社.2010.
作者简介：
周大军，1974年8月7日出生，男，土家族，湖北省五峰县人，水电工程工程师，大学本科学历，长期从事水电工程建设和电站运行管理工作。
【关键词】小型；水电站；安全运行；技术；措施
1 前言
近年来，山区小型水电站由于投资少、见效快、回报率高，吸引了不少的投资者，使得小水电站的数量不断增多，随着电力网建设的不断完善，这些小水电站大多已并网运行，给发电机的安全运行提出了更高的要求。
目前大多数小型水电站发电机机端出口电压为0.4kV，常采用整步表法或暗灯法并网，除在发电机机端空气开关处设有一组感应式电流继电器作过流、速断保护及利用空气开关的欠压脱扣器线圈作欠压保护外，基本没其他保护。
电站老板为了节省投资，都采用手动调速、半波整流桥励磁装置，上网线路几乎都是10KV配电线路，沿线有供电负荷存在。 并网时很难把握好同期时间，冲击电流大，导致电网及机组的剧烈振荡，给电网及机组带来严重的危害。丰水期间，由于某种原因并网运行突然转为脱网运行，在沿线负荷较轻的情况下，沿线用户的用电器将承受着较高的电压，致使用户的用电器承受过电压，甚至有可能被烧毁。枯水期间，由于某种原因并网运行突然转为脱网运行，沿线负荷较重，就会出现功率缺额。当出现无功功率缺额时，电压会降低，当降到或者低于70%额定电压时，空气开关因失压脱扣跳闸。当出现有功功率缺额时，电压下降不大，空气开关未能跳闸，致使机组及线路上的用电器，特别是电动机有可能因低电压过电流损坏。
小型水电站多采用手动开停机，劳动强度大，当满负荷运行时，由于某种原因，机组出口空气开关跳闸，若关机不及时，容易造成飞逸转速，致使机组在高转速作用下引起机械损坏，在高电压作用下易引起绝缘损坏。
2 机组保护设置现状
山区小型水电站大多数是装机容量在1000kW以下的低压水轮发电机组，机组的保护一般都按最简的原则进行配置，发电机出口经低压断路器（常用空气开关）、隔离开关到低压母线，发电机的保护主要靠低压断路器的自身保护来实现机组过流保护、低电压保护。
发电机无功负荷的调节、有功负荷的调节、并网操作及发电机甩负荷操作，基本上都采用手动来完成。若发电机满负荷运行时，因外线故障或大电网停电，发电机电压迅速降低，使发电机出口断路器跳闸；发电机转速迅速升高，发电机出口电压将升高到额定电压的1.3倍以上，此电压将使发电机的绝缘受到严重威胁。若发电机有绝缘缺陷，则发电机将会被烧坏。同时水轮机由于没有调速器，使得机组转速不断升高，将出现"飞车"现象。
3 安全技术措施
3.1 设置DZZB型自动准同期并网装置
DZZB型自动准同期并网装置，是一种电子型集成控制仪器，动作灵敏，结构小巧，外形美观。采用DW16型电动储能合闸空气开关的机组，由于空气开关合闸时间非常短，DZZB自动准同期装置合闸出口直接接到合闸线圈回路，实现完全自动并网操作。本装置可与MZ型组合同期表一起安装在机组控制屏上，实现手动或自动准同期并网的切换，提高并网的效率。通过MZ组合同期表观察，当接近并网条件时，再投入自动准同期装置，这样可有效地保护自动准同期装置，延长其使用寿命。
3.2 设置发电机过电压保护
在机组控制屏上加装DY-34型电压继电器1只，此装置接线简单，投资少。电源取自发电机出口开关进线侧。把电压继电器的两对常闭接点并接后（保证触点接触可靠和有足够的容量），再串入空气开关的欠压脱扣器线圈回路中。电压正常时，常闭接点闭合，空气开关的欠压脱扣器线圈通电，使空气开关处于合闸状态；当电压达到或超过整定值（常规整定值为1.25Ue）时，常闭接点打开，欠压脱扣器线圈断电，空气开关跳闸，实现过电压保护的目的。
3.3 设置低频保护装置
低频保护是针对电站脱网带重负荷运行加装的一种保护，采用BDZ-1B型低频继电器作为过流的后备保护，低频整定范围为49～46Hz，常规整定为47Hz。当机组脱网带重负荷运行，有功功率不足，频率下降或波动到低于47Hz时，其一对常开触点闭合，发出跳闸信号，作用于空气开关的分励脱扣线圈，使机组出口开关跳闸，机组停止向外供电，从而使机组本身及所供线路上的电动机避免因低频运行带来的损伤。
3.4 设置水轮机自动关机装置
通过单相交流电动机经减速器来控制水轮机的操作手柄，水轮机的转速控制由电动机来完成。当机组满负荷运行，此时当出现外线路故障或大电网停电时，机组出口空气开关的常闭辅助接点闭合，接通电动机运转回路，经减速器使水轮机的导水机构自动关闭，关闭到位后电动机回路中的导水机构限位开关断开，电动机停止运转，自动关机过程结束。这样可以防止了机组“飞车”事故的发生。若机组励磁回路的灭磁开关跳闸，交流电机将无电源启动。
3.5 设置水阻消能保护装置
小型水电站的开停机操作大多为手动方式，当机组出口或线路侧空气开关跳闸后，由于值班员睡觉、灭磁开关跳闸和来不及关机，机组将出现飞逸转速，由此可能带来机组机械性损坏，甚至危及人身安全。
水阻消能装置就是利用盐溶液将发电机机端电源平衡短路，在盐溶液的电解反应过程中消耗能量，当电解的盐溶液消耗的电能基本与发电机输出的电能相等时，发电机运行稳定、不产生飞逸转速，从而保护了发电机。
一般按每150kW的出力配置1m3的盐溶液来建造水阻池。调节水阻盐溶液浓度时，应以能消耗60%的机组出力为合适。四个消能电极采用长方形布置，用导线将引出线处连成一相，另外两极各一相，使三相平衡。
4 结语
为确保小型低压水轮发电机组并网的安全运行，提高近区负荷供电质量，我们对五峰县栗子坪、仙人岩、谢家寨三座电站进行了上述改造，经过五年来的运行来看，装置具有动作可靠、反应灵敏、操作方便等特点，改造后的电站并网迅速、准确，脱网运行时无过压、欠压、低频供电现象，甩负荷后，不出现飞逸转速，电站运行稳定、安全可靠，取得了良好的社会效益和经济效益。
参考文献
[1]熊为群 陶然.《继电保护 自动装置及二次回路》第2版.中国电力出版社.2000.
[2]金钟元.《水力机械》.水利水电出版社.1992.
[3]程远楚 张江滨.《水轮机自动调节》.水利水电出版社.2010.
作者简介：
周大军，1974年8月7日出生，男，土家族，湖北省五峰县人，水电工程工程师，大学本科学历，长期从事水电工程建设和电站运行管理工作。