中小型水电站电气设计几个问题的探讨 刘章光 （云南省地方电力设计研究所云南昆明６５００００） 摘要：随着中小型水电站的发展越来越迅速，电气设计显得尤为重要。电气设计是利用智能设计工具、零件有关的数据库、２Ｄ 电气原理图、３Ｄ模型这几个技术的集成对电气系统进行简化。提高了机械工程师的工作效率，简单直观的电气设计集成后形成的集 成材料明细表以及总结出来的数据使结果更加准确无误，这样的电气设计方式能够更快地投入市场，为水电站带来极大的经济效益。 关键词：中小型水电站；电气设计；电气工程 中图分类号： ｒ、ｒ７３４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—７３４４（２０１３）１７—００５８～０２ 这就导致水轮机的性能参数和实际参数不符，这与相关企业部门的 不重视有很大的关系，水平不够。另外，现在很多中小型水电站在建立 后，不重视数据的收集，对数据的准确度没有过高要求，引致实际来水量 跟设计的资料不相符合，最终导致参数的不统一。 我国中小型水电站发展越来越快，对技术的要求也更高了。这些技 术主要运用在电气系统的设计中。电气设计系统中主要围绕水电站调速 器和水轮机自动化等方面来设计。水电站调速器的作用很重要，它是负 责检测水轮机的转速，从而调整转速大小来控制水轮机的流量和机组的 开机停机等问题。水轮机自动化就是在无人或者是人少的时候利用先进 的计算机技术、通讯技术等对水电站的生产过程控制监督。水轮机自动 化包括自动控制水电机组的开机停机、并网发电等问题，还包括对线路 等主要设备的监督控制。这两个方面对提高水电站的运行效率起着至关 重要的作用，能够更好的节省企业资金，有利于企业的长远发展。 ２．２水轮机与水电站的电气设备不配套 现在很多中小型水电站存在大马拉小车的现状，换～种方式说，就 是不少水电站水轮机输出的功率要比发电机的定额容量大，这就了 机组功能的发挥，这种方式浪费资源不说，还大大增加了运行时的损耗， 减少设备的使用寿命，必须改变这种现象。 １水电站的种类 ２．３在泥沙较多的河流上的水轮机磨损度很高 我们一般把水电站的电气设备分为两类：电气一次设备、电气二次 据统计，最易磨损水轮机的地段就是在泥沙较多的河流上，其中１／３ 设备。一次设备主要是我们平时接触较多的变压器、发电机；二次设备主 的水轮机都存在这个问题，所以对水轮机叶片的选择十分重要，一旦叶 要是由计算机监控系统、控制机组的设备、机组状态检测系统、自动装置 片出现断裂等问题，水轮机就无法安全运行。 组成的。下面分别从水电一次设计和二次设计来了解如何改善水电站的 ３中小型水电站在电气设计中应该注意的几个问题 设计，提高效率 １．１水电站的电气一次设计 中小型企业中对电气一次设计的程序很简单，一般包括线路的接线 问题和发电机、变压器的这两个方面的设计。一般认为中小型水电站系 统在接线时的特点是回路数较少、离负荷区比较近。这种设计主要是为 了保证供电质量、满足客户需求。例如，在设计连接线时最好选择不同颜 色的线，为了避免线绕在一起还要在线之间分别隔开一段距离，这样就 不会造成电流间的干扰，有利于电流的稳定，同时提高了客户满意度。 发电机和变压器之间的连接分为单相连接和三相连接，单相连接只 有一种，三相连接有两种，三角形和星形的。在现实生活中一般不会用到 三相连接的方式，单相连接就已经足够了。 ３．１电气设备的选择和使用 电气设备的选择直接关系到水电站的运行，一般中小型企业为了节 省空间，都是采用机旁控制的布置方式。这种方式是由工作人员对设备 的开机和停用进行控制，当然也有～个总台进行控制。在电气设备的布 置过程中，要考虑的因素有两个：技术和价格。要使买来的电气设备最大 地发挥作用，就要有一个正确的使用方式，在安装技术方面也有严格的 要求，只有这样，才能充分发挥设备的作用。 ３．２对水机、发电机的保护 对水机的保护，在水轮机的设计方面，水轮机的叶片在满足一定的 刚度和强度的条件下，应该选择薄的叶片，叶片出口的应该是叶片背面 压力的最低值的地方，这样就能对叶片起到保护作用，气泡对叶片的损 害减小到了最低。另外，还可以购买具有硬度和疲劳极限高、韧性强等优 点的综合型的防腐蚀的材料。最后注意要在机组运行的时候，尽量选择 最优的工况区。 对发电机的保护，主要分为主要保护和辅助保护。一般中小型企业 的主要保护方式主要有：过压、过流保护、差动保护。辅助保护方式主要 有：负荷电压启动的过流保护、过励磁保护、负序过流保护等等。 ｌ－２水电站的电气二次设计 中小水电站企业的安全运行直接受到二次回路设计的影响，二次设 计的内容主要包括配置电气的测量仪表、计算机监督等等，下面简要介 绍一些这两个方面的内容。 在机组的运行过程中，要按照严格的要求，利用电气测量表来监视 水机的运行状态，这就要求测量表有一定的准确度。另～方面，一般的水 电站都有并网的要求，就是像互联网传信号到台式电脑上一样，水电站 传出的是电，电力系统和发电机之间达到并网可以缩短复电的时间。现 在设置同步装置时，一般企业都采用半自动的同步装置。并网的安全问 题是很重要的，所以在同步装置的设计过程中，要对设备进行检查，保证 电网、发电机有相同的电压。 计算机监控系统就是利用计算机对水电站设备运行的整个过程进 行监控管理，完成对电站设备的自动监控和调节，主要包括：准确、及时 地对整个电站设备运行信息进行采集和处理。对电站机组及主要机电设 备进行实时监控，保证电站安全运行并实现电站运行与管理自动化。提 高电力系统的安全经济运行水平，保证供电电能质量；改善运行人员的 工作条件，减少值班人员，提高电站的运行管理水平；为电站逐步实现无 人值班（少人值守）创造条件。 ３．３要注意励磁的问题 励磁是一种利用电磁感应原理工作的设备，主要是为发电机等提供 工作磁场。励磁的作用主要发挥在发电机的并网问题上，在并网前，调节 发电机输出的电压，并网后调节发电机的功率，提高了发电机的稳定性。 传统的励磁有两种：交流励磁、直流励磁。但是随着中小水电企业发展越 来越快，科学技术日新月异，对励磁的要求有了很大的提高，传统的励磁 已经不能满足发展需要了。现在传统的两种励磁已经被无刷励磁和静止 励磁取代了。这两种励磁各有优缺点，其中，无刷励磁优点是具有较好的 动静态性能，造价相对较低，维护难度不大，缺点是反应速度跟不上。静 止励磁的优点是不仅能够控制发电机的转子还能自己设置励磁屏，性能 不错，使用最为广泛。 互感器又叫做仪用变压器，是一种用于测量和保护的系统，主要是 ２．１机组设备的技术陈旧。性能落后 按照比例将高电压变成低电压，大电流变成低电流，同时还可以隔开高 现在很多中小型水电站的机组设备机型都是很多年前的了，有很多 压系统，保障工作人员和设备的安全，所以互感器的设置问题是很重要 缺陷，能够选择的转轮型号很少，因此很多企业只能选择型号相近的机 的。在互感器容量不大，精度低，稳定性不高，所以在设置互感器的时候 型。 最好能够单独设置。互感器在断电并网的作用主要是监测、计量高压，这 ２机组设备中出现的几个常见问题 ３．４互感器的设置问题 ２０１３年９月 圄 电力系统自动化中计算机技术的应用分析 李文哲 （国网湖南省电力公司永州供电分公司 湖南永州４２５０００） 摘要：电力系统的发展为整个人类社会的进步提供了动力，计算机技术的发展大大提高了社会发展的速度。将计算机技术应用 到电力系统自动化中已经引起了社会的广泛关注，并且已经取得了可喜的成果。计算机技术在电力系统调度、变电站自动化和发电厂 自动分散监控等方面都有了长足的进步和广泛的应用。 关键词：电力系统；自动化：计算机技术；应用分析 中图分类号：ＴＭ７６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—７３４４（２０１３）１７—００５９—０２ 前言 ２计算机技术在电力系统自动化中的具体应用 计算机技术的发展影响电力系统自动化的发展方向和深度，电力系 ２．１变电站自动化 统足集合了发电、输电、变电、配电和用电调度综合性系统。电力系统的 变电站在整个电力系统中具有降低或者调高电压的作用，和输电线 每一项工作步骤都受到计算机技术的支持，比如发电厂的智能监控系 路相结合能够达到联系发电厂和用户的作用。变电站自动化可以缩减以 统，配电厂的调度管理，以及变电场的安全和可靠性保证，都需要计算机 往复杂的工作程序，代替人工监控，工作效率大大提高，提高整体的系统 技术的支持。笔者根据多年实际工作经验，首先阐述了计算机技术在电 安全性和可靠性，增强变电站抵抗外来干扰的能力ｆ３】。主要的系统框图如 力系统自动化中的发展历史和进程，然后具体叙述了计算机技术在电力 图１所示。 系统自动化中的应用，最后展望电力系统自动化的发展方向，具有一定 的实际借鉴价值和参考意义。 ｌ电力系统自动化的发展历史 计算机技术和电子技术的不断发展推动了电力系统自动化的进步 和发展，２Ｏ世纪６０ ７０年代晶体管技术取得了了长足的进步和发展，中 小规模的集成芯片开始问世，计算机技术的发展更是突飞猛进一日千 里。电力系统的信号检测技术和控制监督技术相继出现，比如继电器保 护装置、自动控制装置、传动控制装置、开关模拟信号的输入输出装置等 等。这些技术的发展不但改变了工作人员的工作性质，而且减轻了值班 人员的劳动强度，大大的提高了电力系统运行的可靠性，但是也有着不 少的缺点，比如设备通信效率低，自诊断能力不足。 ｝＿ 跏ａ 踟 单片机的出现为电力系统的自动化提供了崭新的面貌情景，更多的 ＿控坶 暴饿 ■控粤豫－＿】＾蟪 勰毒懈 一媾 ■蟪■群沪摹馕 是采用数字电路和软件模块化的设计思路，提高了自动化装置的可靠 图１变电站自动化系统框图 性。由于单片机本省设置了串口和并口的通信模块，进而使得自动控制 通过观察图１，我们可以看出整个系统主要包括三个部分：工作站、 装置之间的通信变得简单可行。同时国产ＰＣ机也快速发展，并且在电力 通信总线和现场控制器。主要作用是对变电厂的自动化装置进行控制和 系统中应用广泛。当时存在的问题是没有同意的标准协议，结构、功能、 全方位的监视，主要特点是电磁设备完全被计算机控制所代替，采用了 通信协议混乱而且松散，设备之间的兼容性极差，系统的实时性也得不 电缆或者光纤代替电力电缆，尽可能的使设备数字化、网络化、集成化。 到改善。９０年代，高性能工作站和服务器技术的发展为电力系统自动化， 液晶显示成了人机交流的主要平台，能够具体准确的记录下整个运行过 监控实时性提供了技术支持，开放式、分布式、网络化的自动化装置不断 程。变电站自动化不仅能够满足本身的要求，而且能为电力调度提供宝 出现和发展，大大减少了前期投入和维护资金，更加可靠有效，设备更加 贵的参数。我国变电站发展速度极快，在７～８年时间内普及超高压变电 轻盈轻便。 站。上个世纪９０年代，我国先后在３５ｋＶ和１１０ｋＶ变电站进行试点投运，警尊簟蛇■ ■尊敷 螺■暖 样对变电站的电压和频率起到了很好的保护作用。 以电气设计需要一个长期的发展过程。近几年来，我国的水电设计虽然 ３．５发电机中性点的接地方式 取得了一些重大成就，据最新数据统计我国常规水电的装机容量已经达 电力系统的发展越来越快，而发电机组的容量又是电力系统的原动 到了７９００万ｋＶ，在这里面中小型水电站装机容量占了２００９万，是因为 力，所以发电机组的容量也越来越大。正是因为这样，人们对大电机定子 大部分的机器都是上个世纪五六十年代的，这些设备的台数虽然很多， 线圈的接地故障也越来越重视。影响电流运行方式的因素主要就是这个 但是装机容量很小、技术落后、运行效率低、安全隐患大，经常停运，完全 接地电流的故障点。 跟不上现今水电站发展的步伐。由此可见，电气设备的更新换代势在必 发电机中性点的方式主要分为直接接地、低阻抗接地等。直接接地 行，电气设计的完善迫在眉睫。 方式可以使动力负荷和照明负荷都得到满足，所以在选择接线方式的时 候一般采用这种方式。低阻接地方式可以单相接地电流，同时也为 参考文献 继电保护提供了足够的电流，虽然会烧毁铁芯，但是能够保证快速切机。 『１］￣ｌＪ法刚－，Ｊ、型水电站电气设计问题的探讨．科技致富向导，２ｏ１２（８）． 另外，由于发电机出线的时候重点线不能够引出来，这种情况下企业一 ［２］张羽进．中小型水电站电气设计的探讨．河南水利与南水北调，２０１２（６）． 般采取三相三线制的方式，在中线引出的过程中，会形成三次谐电波组 ［３】李毅．中小型水电站技术改造应注意的几个问题．科技致富向导，２０１２ 成的环流，这种电流一旦超过限度，就会导致发电机过热而烧坏，所以一 （１２）． 定要正确把握发电机中性点的接线方式，不然会直接影响发电机的运 『４］宋传军．建筑设计电气中的若干问题分析．科技向导，２０１２（９）． 行，导致整个系统无法正常进行。 ［５］董峰．１氐碳视角下审视中小水电企业发展．西南金融，２０１０（４）． ４结束语 以上分析可以看出来，电气设计包括很多方面，设计难度也很大，所 收稿１３期：２０１３—８—１ 圄 ２０＂１３年９月 撞
