杨海潮

（上海勘测设计研究院有限公司，上海 200434）

1 小型水电站电气设计的种类

1.1 小型水电站电气的一次设计

小型水电站一次设计具有回路数少并且接线简单的特点，在其设计过程中，主要包括3方面的内容。

（1）电气主接线。电气系统能够在水电站中起到的作用是按照电气一次设计的原则，在设计过程中还要考虑到水文气象、动能的特性、构建规模、地形运输条件以及接入系统的设计与布线等相关的因素，通过综合考虑上述因素来进行相关设计。在电气一次设计的主接线的设计过程中，需要在保证电气质量和供电安全的基础上来设计，并满足用户的实际需求。经济以及技术也是电气主接线需要考虑到的问题，在满足这2个条件的基础上，连接线路需要使用不同颜色，并且保证线路上的线与线之间具有合适的距离，避免线与线之间产生缠绕，这样会导致电流间互相干扰，对电流的稳定性以及发电机的工作造成影响。

（2）发电机和主变压器。在水电站一次设计中，发电机和主变压器的连接方式上，最好选择单一变组单元接线的方式，这是最合理的连接方式。为了保证发电机连接线出口的安全，在电气一次设备的发电机上最好安装断路器，而且在发电机接地时，最好的方式是通过变压器来接地，这样能够有效的防止发电机因受到强电压的影响而烧坏。此外，值得注意的是，发电器和变压器之间不能直接相连，二者需要通过离线封闭母线来进行连接。

（3）快速落门控制回路。在小型水电站中，通常设置进水口快速落门控制回路来保证机组的安全，这个回路的位置位于机组过速接点与手动闸门的接点上，主要包括两种形式，分别是二次电缆通道和监控系统与大坝之间的光纤。其中二次电缆通路的主要作用是防止出现进水口快速落门的问题，在设置监控系统与大坝间的光纤时，材料的选择十分重要，应用的光纤线圈内阻不能过高，否则会导致其在系统运行过程中容易发生霉断。在水电站中，进水口快落门具有十分重要的作用，是保证发电机组的最后一道防线，因此其功能能否正常发挥、动作是否正确关乎到水电站机组的安全运行，是管理过程中的重点内容。

2 小型水电站电气的二次设计

小型水电站电气的二次设计主要包括计算机监控系统、继电保护、励磁系统、直流电源以及交流电源的设计。

2.1 计算机监控系统的设计

计算机监控系统能够有效的提升小型水电站运行的安全性和可靠性，在小型水电站电气二次设计中，此系统的主要功能是对水电站内部的设备实施有效监控，并且基于设备的实际运行情况来对其进行适当的调整。在监控系统的运行过程中，其能够通过收集设备运行的数据信息，对其进行有效的分析，从而掌握设备的运行情况，当运行存在异常情况时，其就会及时对系统进行自我诊断和调节，保证水电站设备能够安全稳定的运行，从而保障水电站运行的安全性。

通常在小型水电站中，主要采用开放系统标准的分层分布结构来作为主要的运行管理模式，计算机监控系统的工作主要基于单元级控制来实现，通过其进行设备的监管和控制工作。通过该方式能够有效的对水电站设备进行管理和监控，并且有效的减少了水电站运行过程中的资源消耗，并提升了运行效率。在小型水电站中，水电站控制和现地控制是计算机监控系统控制的单元级的主要组成部分，其连接是通过以太网来完成，同时该系统还能够和其它系统建立起通讯联系，从而能够同时实现设备状态监控以及即时信息的共享，这在一定程度上也促进了计算机监控系统运行的可靠性和准确性。

2.2 继电保护的设计

在小型水电站电气设计中进行过电保护设计的主要目的是，为水电站中的重要设备提供可靠的机电保护，包括变压器和水轮发电机组等，通过对这些设备进行有效的过电保护，有助于提升水电站运行的稳定性。在小型水电站中，进行有效的继电保护设计，可以使继电保护装置拥有非常优异的自我检测功能，从而能够明确水电站内部重要元器件所受到的影响，并基于实际情况对这些元器件进行有效的保护。在继电保护的设计过程中，通过继电保护装置的接口，还可以将继电保护装置和计算机监控系统进行有效的连接，使其能够和计算机监控系统之间实现良好的通讯，通过这样的方式能够对水电站内部设备进行更好的保护，从而促进其更加稳定的运行。

2.3 励磁系统的设计

励磁系统的设计对于保证小型水电站的安全稳定运行，通过应用交流电量综合检测仪来对发电机、主变压器和110kV出线等进行和合理的配置十分重要，通过这样的方式能够进一步增强小型水电站电气二次设计的合理性。为了充分发挥出交流电量综合检测仪的作用，除了对目标单元的电气量进行检测之外，还需要明确发电机的励磁电压和励磁电流等进行电量变送器的配置情况，从而使水电站能够良好的运行。根据水电站发电机运行的实际情况和需求，明确是否进行发电机的功率、母线电压、交直流电压等电量变送器的配置工作。此外，为了能够对励磁装置进行更好的宏观控制，可以在中央控制系统中安装数字电测仪，从而更好的保障小型水电站的运行。

2.4 直流电源的设计

小型水电站的直流系统设计可以采用220V直流电源，并辅以铅酸蓄电池以及配套的充电设备，利用此为电气设备的操作、照明和控制保护等提供直流电源。其中对于所应用的铅酸蓄电池有一定的要求，需要其具备阀控、免维护、防爆等特点，以方便应用。通常情况下蓄电池组拥有200AH的容量，相应的充电装置应使用“N+1”冗余模式进行开关控制。此外，蓄电池组以及充电装置的安装位置也需要注意，应装在直流电源的母线之上，同时为了保证蓄电池组的安全，应做好电池巡检以及绝缘监测等工作。

2.5 交流电源的设计

在小型水电站的交流电源的选择上，可以应用1组 10kVA的UPS交流电源进行交流供电，同样在装置中也需要设置蓄电池。在正常工作的情况下使用交流220V进行场用供电，并应用无触点旁路开关，而当UPS出现故障时，旁路卡关会自动进行交流电源的切换，从而保证水电站的正常供电。

3 小型水电站电气设计过程中需要注意的问题

在小型水电站的电气设计过程中，为了保证电气系统的安全稳定运行，应注意以下几方面的问题。其一，应注意选择合适发电机中性点的接地方式，通常情况下会采用中性点直接接地的三相四线接线方式，这样不仅能够满足变压以及照明的要求，而且还会防止中性线中因电流过大而造成发电机的损坏。在有些时候发电机可以不引出中点线，因此可以直接应用三相三线的接线方式。其二，是一次电气设备的选型以及布置的问题，由于小型水电站一般内部比较小，为了充分的利用空间，可以采取机旁现地布置的方法来布置机组控制保护屏、励磁屏、低压屏以及主变控制保护屏等设施。另外，可以应用室外中式杆上布置的方式来进行主变的布置，从而实现资源利用的最大化，降低成本。其三，是互感器的设置，设置电流互感器的目的是有效的保护变电站，而在进行断电器配套的互感器设置时，应考虑到其稳定性不高且精度低、容量小的特点，对其进行单独的设置。除了上述3方面应注意的问题外，水机自动化和发电机保护以及励磁问题都应得到充分的关注，在选择上针对小型水电站的实际特点来选择恰当的方式，在保证其充分发挥功能的基础上，降低成本，保证小型水电站的正常安全运行。

参考文献：

[1]张羽进．中小型水电站电气设计的探讨[J]．河南水利与南水北调 ,2012，(12):23-24．

[2]李亮．小型水电站电气设计问题的研究[J]．中国科技纵横,2014，(16):182．

[3]梁芳．小型水电站改造电气设计研究[J]．中国新技术新产品,2013，(5):94-95．