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摘要：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引言
目前在我国社会用电负荷不断增加，加之全球资源紧缺和环境恶化问题不断加剧的形势下，我国也加大了对水电厂的建设和开发力度，而且水电厂在我国目前的电力系统结构中也具有重要地位。水轮发电机是水电厂中的主要组成部分，而且随着目前水轮发电机相关技术的进步，水轮发电机的自动化控制水平也不断提高，使得微机综合自动化技术在大型水电厂中得到了广泛应用，但是在中小型水电厂中的应用却受到一定的限制，表现出其保护系统运行不够稳定等现象，并影响其整体的运行水平，需要加强对水轮发电机综合自动化保护系统相关技术的研究和问题的处理。
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。
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3水轮发电机综合自动化保护系统的设计原则
3.1提高经济效益
在大型水电站中，其具有较高综合造价和较为复杂内部结构的大型水轮发电机组，而且在发电系统中占据重要地位，但是以上特点也决定其具有较高技术含量，增加了运维和检修的难度，所以在对其综合自动化保护系统的设计过程中，需要将经济性作为一项重要的设计原则，确保较高的资金投入会受到相应的经济效益，并且对其二次保护设备进行按需和按功能进行单位配置，提高其技术性和经济性。
3.2技术先进可靠和操作方便的原则
虽然目前水轮发电机组的装机容量越来越大、结构也越来越复杂，而且新技术和新设备的应用也提高了其自动化控制水平，这就需要在对其综合自动化保护系统设计时，应该利用新技术对系统的运算控制的精确性和智能化服务水平进行有效提高，通过将其中的电力电子技术、计算机技术和通讯技术等先进和可靠技术的应用和结合，提高此系统设计的技术先进性和可靠性，并且对其操作系统进行简化和融合，设计出功能更加完善，但是操作更加便捷的综合自动化保护系统。
3.3保护控制功能完整的原则
在对中小型水电站进行综合自动化保护系统设计时，还需要确保其保护控制功能的完整性，便于此系统进行推广应用，并且具有较高的自动化控制程度，能够实现对发电机组运行状态的实时检测、保护和控制。
4水轮发电机综合自动化保护系统配置及功能
4.1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。
4.2水轮发电机综合自动化保护系统功能
在水轮发电机综合自动化保护系统中，过流保护和过电压保护是其中比较常见的两种保护系统，其中对于前者来说，其主要是针对发电机组复合电压启动和负序过电流保护在50MW以上的中型水轮发电机中设置的保护系统，此种保护系统对升压变压器的高压侧不对称短路具有较高的灵敏度和可靠性，尤其是针对上述水轮发电机组在运行中容易出现负序过负荷的情况，则还需要进行负序过流保护的设置。而如果针对1MW以下的小型水轮发电机来说，其所采用的过电流保护则主要是不带电压启动的形式，其主要作用就是在触发过电流保护的条件之后，会将发电机断路器执行机构和灭磁开关进行操控来实现跳闸保护动作。而对于后者来说，主要是为了防止水轮发电机组在运行中出现输电电网突发性的全甩负荷的现象，此保护系统可以通过对过电压保护模块对机端的三相线电压进行自动采集和分析，然后相应下达保护控制命令并对发电机断路器进行控制和触发，但是不会触发灭磁开关，也不会产生停机现象。
5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] 胡国颂. 水轮发电机组的电气制动在水电站自动化上的研究及应用[J]. 水能经济, 2016(11):44-44.
论文作者:黄贵华
论文发表刊物:《科技新时代》2018年6期
论文发表时间:2018/8/14
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