农村水电站机组过速保护
赵令骥
江西省南丰县水利电力局 (344500)
为了改善农村水电站的运行条件，防止因“飞车”及过电压等事故所造成的损失，同时也减轻运行人员的劳动强度，笔者向读者介绍水电阻过速保护装置。
1 水电阻容量的确定
根据已设置了水电阻的农村水电站实际运行经验，以及水轮机调保计算标准(要求小型机组在甩100％负荷时，机组的速率上升β值必须小于或等于60％)进行分析计算，可知当水轮机导水叶(或针阀)由全开位置，关闭至空载开启位置，其操作时间控制在25～30s(手动操作)以内时，水电阻必须能够吸收机组额定功率的60％才能满足要求。也就是说，水电阻的容量可按机组额定容量的60％进行选定。
2 水电阻的构成
水电阻装置是由电极、水池、水、电压互感器、过电压继电器、中间继电器、交流接触器和用来固定电极的绝缘板等构成。电极多采用扁钢、铝排或镀锌钢管制成。电极应作等边三角形布置固定在绝缘板上，垂直插入水中。
3 水池容积的确定
水池容积的确定，是根据池中的水在吸收机组额定功率的60％后，其温度上升不应大于某一极限值所需要的水量(一般考虑水电阻投运时间为8min)，再加水池边墙的安全高度和电极对水池墙壁的电气安全距离等三个因素来确定。
①水电阻水量的确定
水池中的水量最小值计算公式：(1)
 (1)
式中 G——水池中应有的水量最小值，kg；
Pn——机组额定功率，kW；
q——水的比热，q=1kcal/（kg．℃)；
ΔT——水电阻投运前后池中水的温升取20℃。
②水池容积的确定
考虑电极对水池墙壁的电气安全距离要求，以及水池边墙的安全高度等需要增加的容积ΔV后，即可确定水池应有的最小容积为：
V=V1＋ΔV=3.44×10－3Pn＋ΔV/m3 (2)
4 电极尺寸的确定
为了便于布置和调整，电极长度不宜过大，一般以40～100cm为佳，最长不宜大于120cm。还必须经过现场实际调试，以水电阻能够安全运行且能吸收机组额定功率的60％时的各项试验数据为准，最后确定电极的应有面积。
电极的间距也不宜过大。若过大时将会使电极应具有的有效面积S增大，将导致水电阻的总造价上升。但是若选得过小，有可能会引起相间短路事故发生。一般可在3～5cm的范围内选取为好。
对于单机容量大于100kW以上的农村水电站，可根据电站的具体情况，分别采用2～4组材质、断面尺寸、长度等均相同的电极。将各组电极中的同名相电极进行并联后引出，接至发电机引出母线的相应相上。这样便可使各组电极应具备的有效面积，减小为采用一组电极时的1/2～1/4。采用多组电极的布置形式，其水池的实际容积须作相应的适当扩大。若有必要也可在池中加入适量的食盐，以增大水电阻吸收功率的能力。在池中加入食盐后将使电阻率大为下降，为防止电极间可能发生短路事故，所以对电极之间的距离必须重新进行调试。再就是加入食盐后将大大增加对电极的腐蚀作用，会大量缩短电极使用寿命。
5 水电阻的投入
因为农村水电站的单机容量都较小，所以水电阻可以直接接至发电机出口母线上(即发电机主控开关与发电机出线端子之间)。采用过电压继电器作检测元件(其整定动作电压为1．2Un)，即当甩负荷(或其他原因)引起发电机端电压上升至其额定电压的12倍(即480V)时，过电压继电器动作，其动合触点闭合，启动中间继电器，使中间继电器的动合触点闭合，交流接触器的线圈得电而启动，使水电阻自动投入。防止了机组飞逸过速事故的发生。接线原理如图1。
图1 水电阻接线原理图
在此有一点要指出，若发电机主控开关(自动空气开关)跳闸，联锁使灭磁开关也动作对发电机进行灭磁，水电阻在此类机组上起不到防止机组飞逸的保护作用，必须另外采取其他措施来防止机组过速事故的发生。
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