王玉川 任勇
江苏省皂河闸管理所 223821
摘要：叙述水轮发电机在发生甩负荷时，为了避免机组飞车而造成机组设备损坏所采用的保护。
关键词：水轮发电机 甩负荷 智能控制器 过电压 过速
一、工程概述
皂河闸位于江苏省宿迁市皂河镇北约2.5KM处，东与骆马湖南堤相连,西与皂河船闸相接，与洋河滩闸和骆马湖南堤等组成骆马湖一线控制工程，是骆马湖泄洪口之一，同时又是中运河水位的控制工程，具有防洪。灌溉，发电，保航等功能。
皂河闸小水电经过20年运行，机组存在较多问题，特别是水轮机导叶操作仍采用手动调数速器，调节特性差，不能随负荷变化及时调节，且劳动强度大，当机组飞逸停机时，不能自动关闭导叶，导叶关闭操作时间长，可能使机组飞车，造成设备损坏。故对小水电进行更新改造。
闸室东侧岸边布置4孔小水电孔，每孔净宽3.7米，总宽20米，安装4台容量160KW的发电机，单机流量5M3/S,选用立式轴流式水轮机组。电站进出流道及断流方式：采用直管进水，口采用闸门断流，尾水采用平直扩散管出水，出口设置一道检修闸门，利用余水发电，发挥经济效益。
二、机组甩负荷现象
水轮发电机组在运行中，由于电力系统因某种原因甩负荷或由于变电站跳闸，会造成运行机组突然脱离电网，瞬间发电机发电机转速升高和机组声音异常，导致发电机出现过电压，如果这时调速器有故障或大部分剪断销剪断使水轮机导叶不能及时关闭，则机组转速升高超过额度转速，如果达到飞逸转速，会对机组造成严重破坏，所以机组发生甩负荷后，保护装置要反应动作，在调速器控制下，导叶迅速关闭，机组转速逐渐下降；在紧急停机时，导叶开度快速关闭至全关，转速下降直至机组停机。
三、机组保护原理
皂河闸水轮发电机控制系统采用南京钛能的PAS661A发电机组自动发电智能控制器，控制器适用于1000KW以下低压水轮发电机组的全自动智能控制器，集发电机组开停机全自动控制，发电机励磁控制，原动机调速控制，全自动准同期合闸，发电机继电保护，数字仪表六大功能，并提供RS485通信，实现网上数据共享，远方监控。
对于机组突然出现甩负荷时，其调速系统不能动作过快，使得转速上升导致定子绕组过电压，设置了过电压保护；
过电压保护逻辑图
图1过电压逻辑图
低压水轮发电机在开机过程中由于各种原因，可能发生飞逸；在发生突然甩负荷时，其调速系统不能动作过快，使得转速上升可能发生飞逸，装设了过速保护
过速保护逻辑图
图2过速逻辑图
四、保护动作流程
图3 程序跳闸流程 图4 紧急停机流程
程序跳闸如图3所示，跳闸过程中无需人为干涉，自动同时跳出口断路器，关调速器，发送调速器紧急停机令，关闭进水快速闸门。减速到灭磁频率时自动灭磁，减速到制动频率时自动投入制动。
紧急停机如图4所示，停机过程中无需人为干涉，自动同时跳出口断路器，关调速器，发送调速器紧急停机令，关闭进水快速闸门。切断励磁（关闭触发脉冲，跳开励磁交流开关），减速到制动频率时自动投入制动。
正常停机时，控制器通过周期发送减速出口脉冲控制调速器减速，减速过程中使用闭环控制，须在调保计算时间内停机完成，保证机组安全；当机组甩负荷后，机端电压会迅速上升，任意一相电压超出过电压设定值，且时间超过延时设定值或当机频超过过速频率设定值，且时间超过延时设定值，控制器通过周期发送减速出口脉冲（大脉宽)进行减速；装置跳闸继电器接通跳励磁开关和断路器；其中过电压保护延时t1(1秒)动作"程序跳闸"，延时t2(3秒)动作"紧急停机"；如果当机组突然转速上升，频率达到保护动作值（60HZ）,过速保护动作 "程序跳闸"。
五、运行情况
皂河闸小水电经过改造与20018年8月15开始并网发电，经过近两年运行，机组运转正常，特别是在机组发生甩负荷时，保护能迅速反应动作，避免了机组飞车保证了设备安全。