试析水轮发电机综合自动化保护系统

试析水轮发电机综合自动化保护系统

姜鹏

哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江省哈尔滨市香坊区，150100

摘要：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。文章主要分析中小型发电机运行中存在的问题，以及进行综合自动化保护系统配置的必要性，然后根据水轮发电机综合自动化保护系统的设计原则来对此保护系统的配置和功能进行研究，以供参考。

关键词：水轮发电机；综合自动化保护系统；设计原则；功能

1、水轮发电机综合自动化保护系统的设计原则

        1.1配置合理，操作便利

        随着节能减排的意识逐渐融入城市居民的生活，如何更高效的利用电能，并能够将传统火电向水电形式转型，确保供配电系统运行的稳定性得以保障，便是现代水电站综合自动化保护系统设计的重点，也是目前水电系统大批量投入使用的前提条件。结合以往的水电站供配电模式可知，传统水电站为避免电力供应环境存有较大的波动性，通常会先用单一且复杂的电缆直连保护模式，而随着近些年我国城市居民及工业对供配电网运行稳定性的要求角度来看，以往的保护模式已经不再适合水电站可持续发展的需求，而随着网络信息化技术的不断拓展，如何将水轮发电机与信息技术、计算机技术、电子技术相融合，便成了现阶段水力发电系统构建的主题。过程中，综合自动化保护系统设计必须遵循配置合理与操作便利的要求调控系统，确保所有的供配电网运行都能够借助自动化保护与智能化服务满足稳定运行的要求，才能为后续水轮发电机的持续应用奠定更扎实的基础[1]。

        1.2经济效益高

        大型电站中的大型水轮发电机组由于其综合造价高、内部结构十分复杂，而且其在电网系统所占的地位十分高，一旦出现故障或事故，不仅整个检修期较长，而且还可能影响到电网系统运行可靠性，造成相应的社会经济损失，即大型水轮发电机组在进行保护系统设计时，其二次保护设备均需按功能进行单位配置，技术性占据绝大地位，其总投资较高。而中小型水轮发电机组在电网系统所占地位相对较低，其发生故障或事故后对电站和电网系统的影响相对较小，也就是说中小型水轮发电机组在进行综合自动化系统设计过程中，通常采取一体化控制系统，可以获得良好的继电保护系统维护效率性和投资经济性。

        1.3系统功能完善性

        传统水电站工程体系的构建，将重点都放在了如何维持供电稳定性与安全性上，此举虽然能够使发电机组的运行更加安全且稳定，但普遍自动化程度较低，需要专业人员在现场长时间监督管控，才能确保供电环境时刻处于安全状态。在此种状况中，专业人员素质水准的高低直接决定了供配电系统的质量，而素质水准并非数据，很难在工作交接中将经验共享，这便使得水电站的运行需要较长的适应期，若要大范围推广，也会受到专业人才数量与技术等方面的限制。而将水轮发电机综合自动化保护系统落实，便能够借助网络平台提供功能更完善的可操控系统，借助智能化与自动化技术，使许多潜在的风险能够提前被发现，以便为供电机组的稳定运行提供适当保障。系统比较专业人才而言，对设备运转状态的管控性更强，并且能够通过检测装置更全面的审核设备内部状况，这是专业人才所不具备的能力，并且此种系统的应用同样可顶替专业人才的岗位，使水电站的设备系统的运行更具经济性。

2、中小型发电机存在的问题

　　2.1机组调节运行方式变化较大

　　在中小型水电站中，由于前期投资成本的限制，在进行水库的设计和建设时，由于电站水库移民安置和库区赔偿投资在整个工程投资占比较大，为了节省投资，通常将其可调容量设计的较小，所以中小水电的调节能力较低。但是此可调容量还与机组的运行方式和降雨量等因素有关，并且不同的季节也会对电力系统中用电负荷和用电规律造成影响，这样就需要水电厂发电机组通常不断变化其运行方式来适应以上问题，因此导致机组频繁启停的现象，造成对机组自动化保护系统的要求较高[2]。

　　2.2运行管理水平的问题

　　在中小型水电站中，为了对其运营成本进行控制，其中一项措施就是降低人工成本，而且由于水电站通常处于较为偏远的地区，且工作环境较为恶劣，工作压力较大，所以无法有效吸引到专业高校中的优秀人才，以及具有丰富经验和较高专业技能水平的专业技术人员，所以导致其技术和管理人员的专业水平普遍较低，加之没有对他们按照完善的培养机制对其进行定期培训和教育，导致无法及时掌握先进的技术和管理模式，针对目前中小型水电站中比较复杂的综合自动化系统则不能进行合理控制和及时检修等，影响机组的综合运行性能。

　　2.3技术更新滞后的问题

　　正是由于资金和经费的限制，中小型水电站中不能做到像大型水电站对技术和设备的更新速度，加之其本身的经济效益较低，所以通常对技术引进和设备更新与改造则较为落后，没有进行定期的更新和升级，造成其技术更新和改造的年限较长[3]。

3、水轮发电机综合自动化保护系统配置及功能

　　3.1水轮发电机综合自动化保护系统配置

　　由于水轮发电机组需要长时间处于连续运行的状态之中，而且在此过程中会由于其内部转子等转动部件的高速旋转而不可避免产生振动问题，此外，其运行中会产生较高的电压和电流，所以其在运行中会受到以上振动以及较高的电压和电流的持续影响，这就是需要进行水轮发电机综合自动化保护系统配置的重要原因。此系统的配置可以对水轮发电机运行中各个元件的运行状态进行实时检测，并且在发生故障时能够及时进行保护，其主要是故障发生之后确保保护系统能够及时获得实时的保护信号，然后通过相应保护指令的传输来确保保护动作的执行实现将故障部位从系统中隔离，进而实现对故障的控制，避免其扩大化而影响其他系统以及元件。所以按照上述要求应该在水轮发电机综合自动化保护系统中配置过电流保护、过电压保护以及单相接地保护等完善的保护功能单元。

　　此外，在水电站发电系统运行中，水轮发电机是起到将水能转换为发电机转子转动机械能，然后将机械能转化为电能的重要机械结构和动力载体，而且在目前社会用电负荷不断增加而且对电能供应质量要求不断提高的形势下，发电机组的供电安全性和可靠性则显得尤为重要。所以还需要配置水轮发电机自动化调速系统来确保供电电能的电压、频率等数值保持在相对稳定的范围之内，保证供电电能的综合质量水平[4]。

结语

　　针对目前中小型水轮发电机组中的综合自动化调节控制水平较低的问题，需要对其进行综合自动化保护系统的配置，主要是进行过流保护、过电压保护，而且还要进行欠电压保护、过负荷保护、定子接地保护等，有效确保水轮发电机组运行的安全性和可靠性。

参考文献：

[1]贺隆勇.水轮发电机综合自动化保护系统研究[J].科技风，2017（8）：211-211.

[2]李一平.贯流式水轮发电机组综合自动化系统技术改造探讨[J].水电站机电技术，2018，41（10）：42-45，103.

[3]邹健.变电线路保护及电气综合自动化研究分析[J].丝路视野，2018.

[4]贺隆勇. 水轮发电机综合自动化保护系统研究[J]. 科技风, 2017(8):211-211.