摘 要：小型水电站作为水力发电的重要组成部分，为我国电力事业的发展做出了不可磨灭的作用。但是很多小型水电站电气设计仍存在较大的技术缺陷，这为小型水电站的安全运行带来潜在的威胁，本文主要对水电站电气一次设计和二次设计进行了分析，并总结了一些小型水电站电气设计过程中需要注意的问题。
关键词：小型水电站；电气设计；一次设计；二次设计
中图分类号：TV742文献标识码： A 文章编号：
引言
小型水电站利用我国星罗棋布的河流，为我国电力实业的发展做出了重要的作用，并且水是可再生资源，利用水力发电，在倡导保护环境和人类与自然和谐相处的现代社会，小型水电站在很多地区有着不可替代的地位。但是由于很多地区小型水电站建设于建国初期或改革开放前期，这些水电站电气设备已经开始损坏，并且导致水电站发电效率低下，因此对小型水电站电气的设计目前尤为重要。小型水电站电气设计是一个十分复杂的过程，工程设计人员必须充分考虑各种技术环节，制定节约资金且发电效率高的设计方案。
小型水电站电气设计的种类
小型水电站的电气设计中一般分为电气一次设计和电气二次设计两部分，电气一次设计主要是指对发电机和变压器等接线方式进行设计；电气二次设计主要是指对励磁系统，控制系统，测量系统，信号，操作电源，继电保护和水轮机组辅助设备等进行设计[1]。
小型水电站电气一次设计
小型水电站一次设计是根据水电站电气系统的作用来进行设计的，要在充分考虑水电站所在地区的水文环境，建造规模等基础上对接入系统和布线方式进行合理设计。小型水电站电气一次设计具有接线简单，回路少，离负载区较近等特点。
2.1 电气主接线
小型水电站电气一次设计中的主接线设计是指设计人员设计的方案可以满足用户需求，供电安全且电力稳定等设计要求。这就要求设计人员设计的不同接线线路能够容易辨别，保持适当的距离以防线路缠绕在一起。线路之间距离较近会使线路上的电流相互干扰，影响传输电流的稳定性，会损坏发电机，并且会对检修带来困难。
2.2 发电机和主变压器设计
发电机和主变压器的连接采用单元接线方式联接比较合适[2]。小型水电站电气一次设计的发电机为了保证发电机出口处连接线的安全，都可以安装断路器。发电机通过变压器接地可以确保发电机在强压作用下不会被烧坏。
2.3 快速落门控制回路
为了加强小型水电站发电机组的安全运行，快速落门控制回路在手动闸门接点和发电机组接点处被广泛采用。进水口快速门是小型水电站发电机组过速保护的最后一道防线，快速落门控制回路是否可以有效的控制进水口的落门动作，是小型水电站一次电气设计中的关键内容。
小型水电站电气二次设计
3.1 小型水电站的断路器控制设计
小型水电站断路器中的闭锁和信号设计一般与供配电装置中的设计相同，但是要设计信号监测装置监测水轮机的工作状态、发电机组发生的故障和油泵的运行状态。电气测量表计型号和仪表的准确度等级要符合小型水电站设计要求。另外小型水电站还对发电机定子的电流、三相线电压、发电机负载、发电机频率等利用相应的装置一起进行监测。另外对水轮机的转速、河流水位、压力等进行监测也可以增加水轮机自动化工作的要求。
3.2 选择合理同步方式和正确接线
现在的小型水电站的电网一般是并入电力系统中运行，对于这类的水电站要根据电站的实际状况及电力系统的要求选择合适的同步方式和正确的接线方法。首先，为了使小型发电站的发电机可以并入电力系统，要准确的选择同步点，因为某些原因发生跳闸后，发电机可以经简单快捷的操作后就可以复电。小型水电站一般采用手动或恒定导前相角式的半自动准同步装置。
3.3 同步检测继电器对非同步合闸起闭锁作用
同步检测继电器对非同步合闸的闭锁作用当发电机在非同步状况并网发生故障时可以避免工作人员受到伤害，也可以防止发电设备等损坏。当同步点断路器两侧的电压相位角大于动作角时，此时虽然继电器启动但是手动合闸后发电机不能并入电网中。相位差角小于返回角时再返回，这时才能发出使断路器合闸的脉冲信号，此时发电机的频率、电压等相同，才可以使小型水电站的发电机输出的电流并入电网[3]。
3.4手动调频和调压
用手动的方式对恒定导前角的半自动准同步方式进行调压和调频操作，设计电压继电器时要保证它的运行在规定的恒定导前角度返回，这样才可以发出脉冲信号。
安装高性能的继电保护装置
高性能的继电保护装置可以保障电力系统的运行质量，也可以保证发电机正常工作运行[4]。安装纵联差动保护装置可以防止1000kW以上发电机的定子绕组和引线之间发生短路以及发电机定子绕组直接连接在主线上发生的发电机单相接地故障，另外当发电机接地电容的电流量大于5A时要设计接地保护装置。由于定子绕组会发生甩负荷操作导致电压过高，要求安装过电压保护装置。小型发电站水轮发电机调速器灵敏度较差，发电机失磁后继续运行会导致转子和励磁回路发热，甚至损坏，所以设计人员应该安装失磁保护装置。但是对于以上的继电保护装置设计工程人员要对发电机及外部电力系统的元件参数、运行方式、可靠性等进行综合分析，合理运算，才能选择相互协调统一的继电保护装置。
小型水电站的互感器设计
互感器可以分为电流互感器和电压互感器两种，电流互感器可以保护变电站正常运行和计算电流量。在进行小型水电站电气设计时，要对断路器的互感器进行单独的设计，主要因为它的容量小、精度低且不稳定。小型水电站断路路并网两端的电压互感器的作用是监测和计量变电站高压电压，可以保证电压的频率和电压值。
小型水电站发电设备自动控制设计
小型水电站发电设备自动控制的设计包括水轮机、发电机组及其它辅助装置的自动化或半自动化设计。如果小型水电站的自动控制设计不合理则水电站将不能实现自动开关机，水轮机不能根据实际水流情况进行自动调节，继电保护装置也将失去保护作用。小型水电站只有把人工操作的过程尽量简化，自动化操作贯穿水电站工作的整个过程才能保证水电站的效率。
结论
随着科技的进步，大型水电站、风力发电站和核电站相继在我国投入使用，但是小型水电站作为偏远地区特有的发电方式在我国电力行业中有着重要作用。虽然我国在建国初就建设了很多小型水电站，但小型水电站的电气设计仍存在一些问题，文章总结了小型水电站的电气一次设计和二次设计，希望可以对我国小型水电站的发展提供技术支持。
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]周仕均，肖贵友. 浅谈中小型水电站机电系统设计[J].经营管理者，2009,23:361-363
[3]赵健英. 小型水电站电气设计若干问题[J].云南电力技术，2000,03:3-65
[4]刘发刚. 小型水电站电气设计问题的探讨[J].科技致富向导，2012,24：387
