宋集屯水電站增效擴容改造設(shè)計方案

葉江南

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080)

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宋集屯水電站增效擴容改造設(shè)計方案

葉江南

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080)

摘要：文章闡述了宋集屯水電站電氣主接線設(shè)計，電氣一次設(shè)備選型，防雷接地方案以及電氣二次設(shè)備更新改造，以提高電站的自動化運行管理水平，增設(shè)計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位系統(tǒng)，實現(xiàn)電站的控制、測量、信號、信息管理等。控制模式采用全計算機監(jiān)控模式，監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式開放系統(tǒng)，分為現(xiàn)地單元層和電站控制層。

關(guān)鍵詞：繼電保護；電站監(jiān)控系統(tǒng)；水電站一次設(shè)備；水電站二次設(shè)備；改造

1工程概況

宋集屯水電站為壩后式電站，水電站設(shè)計流量為7.6 m3/s，總裝機容量640 kW(2×320 kW)，設(shè)計年發(fā)電量135 萬 kW·h。電站于2004年進行過一次自動化改造，更新了部分電氣設(shè)備，初步實現(xiàn)了機組的自動化控制。本著節(jié)能降耗和完善電站自動化系統(tǒng)的設(shè)計原則，更新了宋集屯電站的控制保護屏、直流屏，增設(shè)了計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位系統(tǒng)，同時對發(fā)電機控制屏進行維修改造(更換斷路器等)。

2現(xiàn)狀分析及改造必要性評價

2.1電氣現(xiàn)狀

1)接入系統(tǒng)：宋集屯水電站安裝2臺水輪發(fā)電機組，總裝機容量為2×300kW，設(shè)計年發(fā)電量255 萬 kW·h。電站以一回10 kV輸電線路經(jīng)110 kV西崗子變電所接入國網(wǎng)，線路全長2 km。

2)電氣主接線：2臺發(fā)電機并接于0.4 kV單母線上，經(jīng)一臺S9—800/10雙繞組變壓器升壓至10 kV，10 kV出線1回，經(jīng)真空斷路器送出。每臺發(fā)電機出口均裝設(shè)一臺斷路器。電站廠用電源取自低壓機組出口0.4 kV母線，在發(fā)電機出口、出線等相應位置裝有電流、電壓互感器，供保護、計量使用。在10 kV母線及出線上裝有氧化鋅避雷器，以防雷電侵入波損害電氣設(shè)備。

3)電氣設(shè)備布置：主變壓器布置在副廠房控制室外側(cè)，低壓母排直接與控制柜母排連接，主變壓器高壓側(cè)用10 kV電纜與高壓開關(guān)柜相連，高壓柜出線為電纜，引至終端桿，架空出線。在副廠房165.28高程上游側(cè)布置有高壓室，室內(nèi)布置XGN2-10型高壓開關(guān)柜2面。下游側(cè)布置有控制室，室內(nèi)布置機組勵磁屏2面，發(fā)電機控制屏2面、發(fā)電機保護屏2面、變壓器保護屏1面、低壓配電屏1面以及直流屏(65Ah)1面。

4)防雷接地：電站工作接地與防雷接地共用同一接地裝置，廠房內(nèi)設(shè)置有環(huán)狀接地干線。電站利用屋面彩鋼板作接閃器，利用廠房主筋為接地引下線，同接地極、接地線及自然接地體共同構(gòu)成電站的防雷接地系統(tǒng)。

5)操作系統(tǒng) ：該電站在發(fā)電機控制系統(tǒng)中應用了PLC操作裝置，初步實現(xiàn)了單臺機組的自動化控制，但上位機系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)連接并未建立，機組的開、停機操作仍需現(xiàn)地控制。

6)繼電保護：出線及發(fā)電機保護均采用常規(guī)繼電器來實現(xiàn)，主要設(shè)備保護配置有：①發(fā)電機保護：復合電壓閉鎖過流保護、過電壓保護；②出線保護：過流保護、低周解列保護。

7)同期、信號：發(fā)電機出口斷路器設(shè)置為同期點，同期系統(tǒng)采用手動準同期方式，配置有組合同期表及同期繼電器，具備同期閉鎖。

8)直流系統(tǒng)：電站設(shè)置有直流屏1面，容量65Ah，為操作系統(tǒng)提供220V直流電源，多年運行表明直流屏容量偏小。

2.2電氣存在主要問題

電氣存在的主要問題有：①發(fā)電機出口斷路器觸頭燒灼嚴重，同時由于合閘次數(shù)較多，操作機構(gòu)間隙變大，三相同期誤差超過允許范圍，故障率高；②同期系統(tǒng)是常規(guī)邏輯繼電器控制，利用組合同步表實現(xiàn)手動準同期并網(wǎng)，啟動并列時間長，浪費水能資源，降低了電站的整體自動化水平；③繼電保護設(shè)備是由常規(guī)繼電器實現(xiàn)，與機組的自動化程度不匹配；④未組建上位機系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)連接，機組的開、停機操作仍需現(xiàn)地控制；⑤直流裝置當前容量為65Ah，容量偏小。

3電氣設(shè)備改造

3.1送出工程改造

宋集屯水電站送出工程較為完好，本次設(shè)計沿用原線路，不進行改造。

3.2主接線設(shè)計

改造后宋集屯電站主接線僅對發(fā)電機出口斷路器型號進行更新。

3.3電氣一次設(shè)備

以現(xiàn)有電網(wǎng)資料以及設(shè)備參數(shù)為基礎(chǔ)，對電站主要電氣設(shè)備進行復核，并對其中能耗大、國家明令淘汰產(chǎn)品以及有安全隱患的設(shè)備進行更新，同時對部分元器件進行維修。 更新改造內(nèi)容為發(fā)電機控制屏內(nèi)斷路器。發(fā)電機控制屏型號為PK-10/2F-800，主要更新斷路器，對內(nèi)部其他元件進行維修處理。經(jīng)復核計算，發(fā)電機出口斷路器擬更新為DW45框架式斷路器：①參考型號：DW45-2000800A；②型式： DW45框架式斷路器；③安裝方式：固定式；④操作方式：電動操作；⑤極數(shù)：3極；⑥脫扣器種類：智能型脫扣器；⑦額定絕緣電壓:：800V；⑧額定沖擊耐壓：8 kV；⑨額定極限短路分斷能力：70kA；⑩額定運行短路分斷能力：70kA。

3.4防雷接地

宋集屯電站的接地系統(tǒng)為聯(lián)合接地，原接閃器、接地引下線、接地干線等防雷接地設(shè)施完好，但需對其接地電阻進行實測，如不滿足≤1Ω要求，應補打接地極。

3.5電氣二次

3.5.1改造內(nèi)容

電氣二次部分主要改造內(nèi)容有：①繼電保護盤柜更新，選用具備通信功能的微機保護裝置；②同期系統(tǒng)更新：選用自動準同期裝置，手動準同期為備用；③完善電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)(增設(shè)上位系統(tǒng))；④直流裝置增容至100Ah。

3.5.2繼電保護

更新發(fā)電機繼電保護屏2面、主變繼電保護屏1面。所有繼電保護裝置均采用全微機型成套保護裝置。具體保護配置有：①發(fā)電機：復合電壓啟動過電流保護、過電壓保護、過負荷保護、發(fā)電機失磁保護；②主變壓器：復合電壓啟動過電流保護、過負荷保護、瓦斯保護等。

3.5.3同期系統(tǒng)

在發(fā)電機保護屏內(nèi)分別設(shè)置1套微機自動準同期裝置，并配置同期檢查繼電器，以手動準同期作為備用，完成機組的同期并網(wǎng)。自動準同期裝置接入機組的開機流程。

3.5.4電站監(jiān)控系統(tǒng)

為提高電站的自動化運行管理水平，本次設(shè)計電站擬增設(shè)計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位系統(tǒng)，實現(xiàn)電站的控制、測量、信號、信息管理等。控制模式采用全計算機監(jiān)控模式。監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式開放系統(tǒng)，分為現(xiàn)地單元層和電站控制層[1]。

1)現(xiàn)地單元層：現(xiàn)地單元層為機組LCU、公用LCU等設(shè)備，通過以太網(wǎng)與上位系統(tǒng)監(jiān)控主機、廠長終端等電站控制層設(shè)備鏈接，實現(xiàn)監(jiān)控功能。電站共設(shè)置2套發(fā)電機機組LCU，均為現(xiàn)有設(shè)備，配置于發(fā)電機控制屏內(nèi)。發(fā)電機LCU主要完成數(shù)據(jù)采集處理、機組監(jiān)控及保護、調(diào)速器和勵磁裝置的調(diào)節(jié)、同步操作等功能。在電站變壓器保護屏內(nèi)增設(shè)1套公用LCU及1臺485智能通信裝置，主要完成電站公用設(shè)備(直流電源系統(tǒng)、空壓機系統(tǒng)、技術(shù)供水泵、水力監(jiān)測系統(tǒng)等)和10 kV設(shè)備(10 kV保護裝置)的監(jiān)視及數(shù)據(jù)采集處理等功能。

2)電站控制層：電站控制層包括2臺監(jiān)控主機兼操作員工作站、1臺廠長終端、以及打印機、UPS電源、GPS時鐘、以太網(wǎng)交換機和相應的配套軟件等。電站控制層主要功能要求如下：①采集處理各LCU上送的現(xiàn)場信號；②根據(jù)系統(tǒng)調(diào)度的日負荷曲線，完成自動發(fā)電控制(AGC)和自動電壓控制(AVC)；③制作電站運行日記及各種報表、曲線、棒圖等；④事件順序記錄及事故追憶記錄。

3.5.5直流系統(tǒng)

宋集屯電站設(shè)置220V智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)1套，容量100Ah。本直流系統(tǒng)應采用微機現(xiàn)地監(jiān)控裝置，具備RS485網(wǎng)絡(luò)通信功能，并配以外圍檢測元件。

參考文獻：

[1]張保會，尹項根 電力系統(tǒng)繼電保護(第2版)[M].北京：中國電力出版社 2010：31.

[作者簡介]葉江南(1981-)，男，福建壽寧人，工程師。

[收稿日期]2015-06-28

中圖分類號：TV736

文獻標識碼：B

文章編號：1007-7596(2015)10-0059-02