水轮发电机综合自动化保护系统研究

贺隆勇

摘 要：作为电力能源的重要组成部分，水电站的发展建设是当今乃至未来都需要不断研究的课题。本文从当前水电站发展、综合自动化保护中存在的问题进行分析，阐述水轮发电机综合自动化保护原则及保护单元配置信息。

关键词：中小型发电机；水轮发电机；综合自动化保护系统

随着全球对生态环境保护的日益重视，可再生资源不断被推广发展，水能、风能、太阳能的利用水平也在不断提高。我国江河众多，可开发性水能资源极其丰富，这就给我国中小型水电站的发展提供了很大的便利条件。作为电能开发的重要部分，中小型水电站在我国分布广泛，遍布于全国1600多县市，可开发性容量千瓦数在1.2亿万以上，为全国总水电资源开发量的三分之一以上。

由于我国中小型水电站的开发建设已高达四十多年，受到当时资金与技术的制约以及较长时间的磨损老化，使得中小型水电站的运行能力越发不稳定，产生的经济效益也越发受到影响。因此，如何完善水轮发电机综合自动化保护系统，使其与先进的计算机技术和电子技术相结合，是提高中小型水电站的运行水平的重要问题。

1 中小型发电机存在的问题

1.1 资金紧张，工程质量难确保

中小型水电站的建设一般是由地方政府筹资或是私人投资建设。水电站的施工是一个需要稳定资金支撑的工程，这就对资金投入能力产生很大考验，一旦资金不到位或是资金断链，工程的进度和质量便没有了保障。所以，在做好周全准备的同时，尽量采取快捷的施工办法和简便的运行设备，减少发电站的投资，保证工程建设的顺利。

1.2 水电站经营水平低

根据调查显示，许多中小型水电站经营单位为了降低运营成本，通过降低员工工资而减少资金投入，对技术人才的引进和使用极为不重视。很多中小型水电站缺少或是没有专业技术人员去运营，而没有技术支撑的工人面对复杂的设备运行管理都不具备专业可靠的运行、检修能力，這就导致了当设备发生故障时无法及时完成修复，大大降低了水电站的运营能力。

1.3 机组调控方式变化大

可调容量设计的大小决定着机组的调节能力，可调容量越大，机组调控能力越强，反之越弱。许多中小型发电站投资者为了减少资金投入，将可调容量设计的非常小，调节能力也非常有限。而在现实状况中，很多气象环境都会影响机组的运行方式，用电规律及用电负荷也会受到生产季节变化的影响。种种因素导致机组运行方式通常会有很大变化，这就对机组的自动控制系统提出了很大要求。

1.4 更新改造间隔周期长

受到经营效益和改造费用的制约，中小型水电站的技术改造更新年限较长，不会拿出较高的计划改造费用，不同于大型水电站对技术更新进行大量的资金投入[ 1 ]。

2 水轮发电机综合自动化保护系统的设计原则

2.1 技术先进，操作简便

随着现代水电站综合自动化保护系统的更新完善，传统的单一复杂的电缆直连保护模式已经不再适应水电站的发展需求。现代水轮发电机结合计算机技术和电子技术于一体，经过不断的完善发展，使其变成易操作，具有自动化保护和智能化服务的电站系统。

2.2 较高的经济效益

大型水电站的水轮发电机在电网系统投资中占有很大比重，当发生故障时，其对电网系统的影响较大，维修周期长，损失较大。不同于大型水电站的设计原则，当发生故障时，中小型水电站对电网系统影响比较小。所以，中小型水轮发电机一体化控制系统的设计使得其维护效率和经济效益都有很大提高。

2.3 保护控制性能的完整性

传统中小型水电站的机组自动化程度不完善，对人的经验具有较高的依赖性，又难以形成共享，推广困难。所以，现代化水轮发电机综合自动化保护系统需要进行功能的完善，形成自动化程度高，便于推广的智能系统。

3 水轮发电机综合自动化保护系统配置

3.1 水轮发电机自动化保护监控系统

水轮发电机的工作过程是一个持续不间断的运行过程，在运行过程中，机械部件间的震动与摩擦不可避免，同时还要承受电流和电压的冲击，容易因操作不当引起定子绕组或是转子绕组，从而引发不同事故。为了较少或避免事故的发生，这就需要在设计水轮发电机保护机制的过程中，对易产生故障的部件和环节实施严密的監控及信号反馈，并可迅速将其与系统隔离，以确保不会对系统产生连续损坏。

3.2 水轮发电机自动调速系统

随着居民用电质量的提高，其对水电站的供电水平也提出较高要求，供电电压及频率都要限制在极小范围内波动。水轮机作为水能向电能转换的动力载体，其自动调速系统决定着供电水平的高低[ 2 ]。

4 水轮发电机单元保护功能

4.1 过流机制的保护

在机组工作过程中，对于50MW以上的发电机组采用电压复合启动及负序过电流保护，其可靠性和高度灵敏性是机组运行过程中的主要保护机制。而小于1MW的机组，往往设置无电压启动式过电流保护，它可以直接产生断路操作及打开灭磁开关，从而实现跳闸保护。

4.2 过电压机制的保护

在机组工作过程中，当运行出现大量甩负荷情况时，会出现机组过速运转和电压高负荷运行的状况，这就需要实行过压检测保护。机组保护单元会自动检测电压状况，根据情况自动实行跳断路器保护[ 3 ]。

5 总结

水轮发电机综合自动化保护系统的完善程度决定着水电站运行水平的高低，我们要从当前水电站综合自动化保护机制中存在的问题出发，分析当前自动化保护系统特点，结合先进的计算机、通讯及电子技术，将发电站综合自动保护系统不断做完善，确保发电站做到自动保护监控到位，操作简便，使水电站带来更多的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1] 冯伟权.水轮发电机综合自动化保护系统研究[J].中国高新技术企业，2011，07：68-70.

[2] 曾令锋.水轮发电机综合自动化保护系统相关问题探讨[J].才智，2012，02：80.

[3] 潘薇.水轮发电机综合自动化保护系统研究[J].电子世界，2013，15：48+50.