淺析中小型水電站的電氣二次設(shè)計

柯賢安

（安康市水利水電土木建筑勘測設(shè)計院 陜西 安康 725000）

1 工程概況

田壩水電站位于漢中市鎮(zhèn)巴縣境內(nèi)漢江南岸二級支流楮河下游，電站壩址位于田壩鄉(xiāng)，距上游鎮(zhèn)巴縣48.5km，屬引水徑流式電站。電站安裝2臺單機容量為8MW和1臺4MW共3臺立軸混流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量20MW，多年平均發(fā)電量5228萬kW·h，年利用小時數(shù)2500h。

本站安裝三臺立軸混流式水輪發(fā)電機組，總?cè)萘?×8000+1×4000kW。電站不考慮近區(qū)供電，僅以一回110kV出線與系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。6.3kV發(fā)電機母線采用單母線接線，110kV升高電壓側(cè)采用變壓器——線路組接線，電站設(shè)置一臺主變壓器。

本電站廠用電源取自發(fā)電機電壓母線，根據(jù)廠用負荷，初步確定廠用變?nèi)萘繛?00kVA。為保證廠用電的可靠性，由電站近區(qū)引入一路10kV備用電源，設(shè)一臺400kVA備用廠變，廠用電接線采用單母線接線，裝設(shè)一套備用電源自動投入裝置。田壩電站擬裝設(shè)2臺8MW加1臺4MW混流式水輪發(fā)電機組，1臺110kV雙卷主變壓器，110kV出線一回。

2 電氣二次設(shè)計的主要內(nèi)容及要求

2.1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)

完成對電站設(shè)備的自動監(jiān)控和調(diào)節(jié)，主要包括：準(zhǔn)確、及時地對整個電站設(shè)備運行信息進行采集和處理。對電站機組及主要機電設(shè)備進行實時監(jiān)控，保證電站安全運行并實現(xiàn)電站運行與管理自動化。提高電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行水平，保證供電電能質(zhì)量；改善運行人員的工作條件，減少值班人員，提高電站的運行管理水平；為電站逐步實現(xiàn)無人值班（少人值守）創(chuàng)造條件。

2.1.1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用符合國際開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的分層分布結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)“無人值班、少人值守”的運行管理模式。計算機監(jiān)控系統(tǒng)分為電站控制級和現(xiàn)地控制單元級兩層，采用100Mb/S光纖以太網(wǎng)連接。電站控制級負責(zé)全站電氣設(shè)備的實時控制及其運行狀態(tài)監(jiān)視，現(xiàn)地控制單元級負責(zé)對水輪發(fā)電機組、電氣一次設(shè)備及公用設(shè)備等進行實時控制及監(jiān)視，當(dāng)電站控制級因故退出運行時，現(xiàn)地控制單元可以獨立運行而不受影響。計算機監(jiān)控系統(tǒng)要求能實現(xiàn)與調(diào)度、水情測報、泄洪閘門控制等系統(tǒng)的通訊。

2.1.2 計算機監(jiān)控系統(tǒng)組成

計算機監(jiān)控系統(tǒng)由電站控制級和現(xiàn)地控制單元級兩層組成。

電站控制級包括兩臺主機兼操作員工作站（熱備用）、一臺遠程通信工作站、一臺網(wǎng)絡(luò)終端打印服務(wù)器、一套GPS衛(wèi)星時鐘系統(tǒng)和一套在線式UPS等。

現(xiàn)地控制單元級以觸摸屏和可編程控制器為核心設(shè)備組成，包括3套機組單元LCU、1套開關(guān)站及公用設(shè)備單元LCU。

2.1.3 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的功能

計算機監(jiān)控系統(tǒng)主要功能包括：數(shù)據(jù)采集和處理、安全運行監(jiān)視、實時控制和調(diào)節(jié)、事件順序記錄、打印記錄、事故追憶、事故處理指導(dǎo)和恢復(fù)操作指導(dǎo)、系統(tǒng)通信、系統(tǒng)自診斷與自恢復(fù)、電站運行維護管理、系統(tǒng)授權(quán)管理等。

2.2 繼電保護設(shè)計

發(fā)電機及勵磁變壓器、主變壓器、110kV線路及廠用變保護均采用成熟、可靠的微機保護裝置。保護裝置內(nèi)部有完整的自檢功能。采取可靠的抗干擾措施，防止大氣過電壓和電磁波侵入裝置內(nèi)部造成元件損壞和保護誤動，確保在電廠強電磁干擾下保護正確工作。保護裝置具有同監(jiān)控系統(tǒng)通訊的接口，便于與機組控制單元通信。

表1 田壩水電站電氣二次主要設(shè)備表

2.3 勵磁系統(tǒng)設(shè)計

（1）每臺發(fā)電機、每臺主變壓器、110kV出線、每臺廠用變各配置一塊交流采樣電量綜合監(jiān)測儀，測量該單元的所有電氣量。

（2）每臺發(fā)電機的勵磁電壓、勵磁電流配置電量變送器，由勵磁裝置配套；另外，每臺發(fā)電機的有功功率、無功功率、定子電壓（單相）、主變低壓側(cè)6.3kV母線電壓（單相）、0.4kV廠用電母線電壓、220V直流母線電壓、UPS電源交流電壓、頻率均分別配置電量變送器，由計算機監(jiān)控系統(tǒng)配套。

（3）為了宏觀監(jiān)視方便以及作為計算機監(jiān)控系統(tǒng)的備用，在中控室配置少量的常規(guī)電測儀表，采用數(shù)字式或指針式儀表。

2.4 控制電源系統(tǒng)

2.4.1 直流電源

電站設(shè)一套220V直流系統(tǒng)，作為全站電氣控制、保護、操作、自動裝置、事故照明等的直流電源。擬設(shè)一組免維護閥控防爆鉛酸蓄電池，電池104只，容量為200AH。直流母線為單母線，母線上掛一組蓄電池和一套充電裝置，并配置微機絕緣監(jiān)測裝置和蓄電池巡檢裝置。充電裝置擬采用微機控制高頻開關(guān)整流模塊,采用N＋1冗余模式。

2.4.2 交流電源

本電站設(shè)置一組獨立的10kVAUPS交流電源裝置，裝置不配帶蓄電池。正常工作時，由交流220V廠用電供電，裝置帶無觸點旁路開關(guān)，當(dāng)UPS整流—逆變單元故障時，應(yīng)能自動切換至交流旁路電源（經(jīng)穩(wěn)壓），切換時間應(yīng)不大于5ms；220V直流電源用作熱備用，當(dāng)交流電源中斷時，無時限地切換至直流電源，并進行逆變，以確保交流輸出不間斷。

3 電氣設(shè)備的主要布置

電站主廠房安裝三臺立式水輪發(fā)電機組，每臺機組尾水側(cè)布置四面機旁屏。副廠房設(shè)在主廠房進水側(cè)，寬度6.6m，長度與主廠房相同。副廠房分為兩層，一層為油處理室、空壓機室等。二層布置6.3kV高壓開關(guān)室、中央控制室及廠變室等。高壓開關(guān)室安裝開關(guān)柜、電壓互感器柜及勵磁變等，中控室布置有微機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、保護測控屏柜、直流及廠用屏柜等。

電站回車場布置在廠房下游，變電站布置在回車場里側(cè)，面積30m×16m，高程441.00m。變電站設(shè)備采用戶外中型布置，站內(nèi)安裝一臺主變、一臺備用廠變以及110kV配電裝置。

4 結(jié)語

電氣二次接線設(shè)計一般用于對于一次系統(tǒng)實現(xiàn)測量、控制、信號、保護、自動及遠程控制，其附屬于一次回路，同時對一次設(shè)備進行控制、操作、監(jiān)視和保護，以保證水電站、變電站水工、水文、水力機械和電氣一次設(shè)備能安全可靠、經(jīng)濟合理運行。因此，二次設(shè)備在水電站的電氣設(shè)計中作用重大，是保障電站正常運行，順利地將水能變成電能并成功輸送的基礎(chǔ)，是水電站設(shè)計中不可忽視的部分。陜西水利