小型水电站电气设计及保护配置
小型水电站设计是对电站进行构建的重要内容，其设计质量直接影响到水电工程的造价。合理的设计方法以及理论，不仅可以有效减少工程造价，还可以显著缩短工期，并确保建设质量。本文对小型水电站电气设计进行分析，并对相应的保护装置技术进行研究，旨在为相关研究工作的顺利推进提供有利参考。
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电气设计对水电站的良好建设有着十分重要的意义，而小型水电站有着机组容量较小、工作人员技术水平要求较低、设备的相应结构较为简单的优势，同时小型水电站的构建是促进乡村经济有效发展的有效途径。以下是小型水电站电气设计及保护配置的具体性论述。
1、小型水电站电气一次设计
小型水电站的电气设计通常分为电气一次设计和电气二次设计两部分，电
气一次设计主要是指对发电机和变压器等接线方式进行设计。
1.1拟定电气主接线
电气的主接线是对小型水电站电气进行设计的关键以及重要依据，与电站规模、电站自身的经济性、电性等有着十分密切的联系，并对电气设备的型号选择、布置以及继电保护与控制的方式有着十分重要的影响。同时电气主接线是小型水电站在运行过程中工作人员落实各项操作以及对事故进行处理的有效依据。所以在对基本条件以及要求进行充分满足的基础上，所采用的接线方式需要简单、明了，并且有效满足实际需求。如果选择的是单机组，就需要将发电机和变压器中的组单元进行接线；如果选择的是多台机组，就将单母线进行不分段接线，然后对一台主变进行共用；如果是其他机组形式，就利用隔离开关对两台主变进行单母线分段，以显著提升机组运行的灵活性。
1.2同期装置和电气测量
在电气设计过程中每台机组都需要有相应的同期装备进行配备，然后对同步发电机的快速并网进行最佳控制，这不仅可以对机组进行并网前的空载能量消耗进行节约，还可以在机组出现故障时，及时对备用机组进行有效运用，为系统的安稳运行提供切确保障。在并入电网的小型水电站中电气的测量以及监视范围有：三相交流的电压与电流、频率、有功功率等。为了便于得到电气测量值，就需要将监视表计、互感器、保护装置等在控制屏上进行有效安装。为了能够对电气测量方面的控制与操作进行优化，电网表计、同期装置等也需要在控制屏上进行安装。
1.3发电机和主变压器设计
主变和发电机的连接方式通常采用主流的单元接线方式来联接。小型水电站电气一次设计的发电机出口处连接线加装断路器确保出口线的安全。发电机通过变压器接地可以确保发电机在强压作用下不会被烧坏。
1.4快速落门控制回路
为了确保小型水电站发电机组的安全持续运行，在发电机组接点和手动闸门接点处设计快速落门控制回路。进水口快速门是小型水电站发电机组实现过速保护的最后屏障，快速落门控制回路是否可以有效的控制进水口的落门动作，是小型水电站一次电气设计中的重中之重。
2、小型水电站电气二次设计
2.1 选择合理同步方式和正确接线
目前小型水电站通常是接入大电力系统并网运行，这样的小型水电站要根据水电站自身的实际运行情况以及大电力系统的需求选择恰当的同步方式和正确的接线方式。首先，为了使小型发电站的发电机能够与大电力系统并网，要准确的选择同步点，因为某些原因发生跳闸后，发电机通过简单的操作后就可以重新复电。小型水电站通常采用手动或恒定导前相角式的半自动准同步装置。
2.2保护装置
设计小型水电站主保护装置的配置需要真正满足继电保护的基本要求，在此基础上才能实现简单性高、可行性高、维修检修方便性高、造价低及运行人员容易掌握的目的。水电站发电机保护装置的设置可结合具体情况进行，一般可以设置下列保护，见于表1中。
2.2.1电流保护
如果只有一台800kW的机组，就应该将自动空气断路器作为短路保护中的主保护，而发电机的微机智能综合保护器作为后备保护，可以通过其对发电机保护中的相应整定值进行明确。反时限电流能够确切增强保护力度，如果发电机有过电流问题出现时，在综合保护器中流過的电流值会大于其动作值，保护出口的常开节点就会出现闭合，断路器中的分离线圈就会跳开主触头，从而对发电机组的安全进行有效保护。
2.2.2电压保护
如果电网出现停电状况，因为线路的用电负荷高于发电机本身的容量，就会出现电压明显下降状况，断路器中的欠压线圈跳开，以防止电网有电后出现非同期并列情况。在电网停电并甩符合之后，机组端的电压会快速升高，并出现过电
压，而综合保护器中的电压值会明显大于其动作值，保护出口的常开节点就会出现闭合，断路器的分离线圈跳离主触头，励磁调节器就会自动变为空载运行，进而对机组安全进行保护。
2.2.3过速保护
因为电网停电、短路、长时间过载等原因，机组在甩负荷之后，其转速会快速提升，这叫做过速飞逸。如果不能对励磁以及调速器进行有效关闭，就可能出现相应事故。如果水电站不具备电动调速功能，就可以将三相水阻器当作保护负荷。以被保护机组自身额定功率的70%-80%对水阻容量进行考虑，当水阻容量太大时，在机组甩负荷的一瞬间，水轮机组会受到电流的强烈冲击，受到较大的制动力，十分不利于机组的安稳运行，甚至会导致机组的基础出现松动状况。而水阻容量太小时，不能对机组的过速飞逸进行有效抑制。对水阻负荷进行调试过程中，需要在水中慢慢增加水阻剂，直至满足要求为止。
2.2.4防雷保护
（1）安装避雷针
在变压器中可能会出现有着正逆变换波的过电压，为了对线路以及变压器进行有效的防雷保护，就需要在变压器高、低压旁边对相应的避雷针进行安装。挨近变压器对避雷针进行安装，这样可以提升避雷效果。可以在变压器顶盖的旁边对避雷针进行安装，并且需要对避雷针以及变压器的外壳和变压器中性点进行有效连接，然后进行接地处理，从而显著提升防雷保护效果。
采用的无间隙氧化锌避雷器，6kV侧和35kV侧安装避雷器，型号如表2、表3所示。
2.2.5短路、过载保护
在变压器的高压一侧可以利用跌落式熔断器进行短路以及过载保护。通过相应的实践证明，如果跌落式熔断器所具备的额定电压是6kV，就只能在容量≤400kVA的变压器上进行使用；如果跌落式熔断器所具备的额定电压是10kV，就只能在容量≤630kVA的变压器上进行使用；如果变压器的容量>750kVA时，就必须对真空断路器进行使用。
3、结束语：
综上所述，小型水电站的构建可以有效促进山区经济的快速发展，有利于对农村生活质量进行有效改善，让人们更加快速的脱贫致富，是有效缩小城乡差距的手段之一。小型水电站的建设可以通过税收的提升、资金的投入以及相应服务业务的良好发展，对当地资源所具备的优势进行充分发挥，有效推动当地经济的快速发展。按照以上原则对小型水电站的电气进行设计，可以充分满足相应的技术要求，同时还可以获得良好的经济效益。
参考文献：
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