浅谈小型水电站设计及设备配置

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1、浅谈小型水电站设计及设备配置　　摘要：基于国内现有小型水电站的设备及技术人员配置，详细介绍了水轮机的选择方法及原理、拟定主电气的接线技术与方式、电气测量和同期装置及保护变压器装置的设计等与小型水电站密切相关的实用技术。该研究对于小型水电站的设计具有重要的研究、参考价值。　　关键词：小型水电站；设计；设备配置　　0引言　　小型水电站设计是电站建设的重要环节，设计方案的优劣直接关系到水电工程的造价，这往往是工程能否立项的关键，而合理的设计理论和方法，既可达到降低工程造价，又可缩短工期的目的，同时也能保

2、证小型水电站的建设质量，这对小型水电站的建设具有非常重要的意义。针对小型水电站机组容量小、设备结构、运行人员技术水平相对较低的特点，结合本人多年实践经验，本文将主要介绍水轮机的选择、拟定主电气的接线、电气测量和同期装置及保护变压器装置的设计等有关问题，同时根据自己的设计成果，以及在县小型水电站上的运用实践，提出了具体的设计方法。　　1选择水轮机组　　水流的动能和势能转换成机械能就是通过水轮机来实现的，水轮机的选择是依据水的流量和水头大小进行，选择是否合理，会直接影响到水轮机机组的效率和运行的安全性

3、和经济性，合理选择小型水电站水轮机对于水电站的建设是十分重要的。　　选择机组的台数。电站机组台数多少是根据上游的水资源或水库蓄水量计算，同时也要考虑电站工程的造价和维修费用情况，这与发电效益以及管理工作人员也有密切的关联，同时考虑到今后为方便机组的零配件更换和维修管理，机组的型号应该尽可能一致。　　选择水轮机组。水头20～450m可选择反击式：混流式、轴流式、斜流式和贯流式，目前国内应用比较广泛，机组结构简单，运行可靠、效率高。40m以下低水头可选择轴流式、定桨式，适用于平地河道上，水轮机桨叶固定

4、在转轮体上，当水头及负荷变化时，桨叶不能完全适应水流情况，因此平均效率较低，只适用于水头负荷变化不大的水电站。选择水轮机组型号还要考虑水轮机生产厂家及其技术水平，要确保水轮机组运行稳定，最好处于水轮机运转特性曲线图的高效区。机组运行时，水头的变化不要超过水轮机性能表的水头范围，如果超过水轮机性能表的水头范围会加剧水轮机汽蚀和振动，会直接降低水轮机效率。　　确定机组安装的高程。30～450m的水头，安装水轮机组时高程不能超过水轮机允许的最大吸出高度，超过这个高度会造成水轮机转轮的汽蚀、振动等现象，并

5、且会缩短发电机机组的运行寿命。依据机组高度的计算公式有以下2种机组的安装高度：　　立式机组：�安=Z下+hs-�/900　　卧式机组：�安=Z下+hs-�/900-D/2　　式中，Z下为尾水渠最低水位；hs为水轮机理论吸出高度，通过查水轮机应用范围图及hs=曲线可得出；D为水轮机转轮直径；�为水电站厂房所在地的海拔高程。　　依据多年的实践经验，为了消除或减轻水轮机汽蚀，可将计算出的�安降低～m确定安装高程。　　2拟定电气的主接线　　电气主接线是小型水电站电气设计的主体和依据，它与电网特性、电站规模

6、、水能参数、枢纽条件以及电站运行的可靠性、经济性等密切相关，并对电气设备的布置、设备选型、继电保护和控制方式等都有很大的影响。因此，小型水电站电气主接线的可靠性和经济性是小型水电站电气设计的首要任务。小型水电站的电气主接线是运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据。装机容量一般有限，往往装机台数不超过5台，相应小型电站的电压等级和回路数以及主变的台数都应较少。考虑到小型水电站单机100kW以下的微型电站的机电设备供应比较困难，运行人员和管理人员的文化、业务水平普遍比较低，对熟练掌握操作、检修、处理

7、故障以及运行等有一个过程。所以，小型水电站的电气主接线在满足基本条件要求的前提下，要力求采用简单、清晰且符合实际需要的接线方法。　　如果是单台机组，最好采用发电机与变压器组单元接线，假设是多台机组，最好采用单母线不分段接线，共用1台主变；其他机组，最好采用2台主变用隔离开关进行单母线分段，这样可以提高运行的灵活性。　　3同期装置及电气测量　　利用微机自动准同期装置是实现小型电站中同步发电机快速并网的最优控制手段，也是节约机组并网前空载能耗、机组故障时快速投入备用机组、保证系统安全稳定运行的重要保障

8、。并入电网运行的小型水电站电气监视和测量范围包括：三相交流电流、三相交流电压、使用换相断路器和单只电压表测量三相电压、有功功率、功率因数、频率、有功电能、无功电能、励磁电流和励磁电压等。为了方便电气测量值的获取，其中电机的测量、监视表计、断路器、互感器和保护装置等要装在控制屏上；为了优化电气测量部分的控制及操作，发电机控制屏、电网的表计、断路器、同期装置等也应安装在同屏总屏上。　　4保护装置　　设计小型水电站主保护装置的配置应在满足继电保护基本要求的前提下，力求简单可行、维护检修方