淺析中小型水電站的電氣二次設計

柯賢安

（安康市水利水電土木建筑勘測設計院 陜西 安康 725000）

1 工程概況

田壩水電站位于漢中市鎮巴縣境內漢江南岸二級支流楮河下游，電站壩址位于田壩鄉，距上游鎮巴縣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電機組，總裝機容量20MW，多年平均發電量5228萬kW·h，年利用小時數2500h。

本站安裝三臺立軸混流式水輪發電機組，總容量2×8000+1×4000kW。電站不考慮近區供電，僅以一回110kV出線與系統聯網。6.3kV發電機母線采用單母線接線，110kV升高電壓側采用變壓器——線路組接線，電站設置一臺主變壓器。

本電站廠用電源取自發電機電壓母線，根據廠用負荷，初步確定廠用變容量為400kVA。為保證廠用電的可靠性，由電站近區引入一路10kV備用電源，設一臺400kVA備用廠變，廠用電接線采用單母線接線，裝設一套備用電源自動投入裝置。田壩電站擬裝設2臺8MW加1臺4MW混流式水輪發電機組，1臺110kV雙卷主變壓器，110kV出線一回。

2 電氣二次設計的主要內容及要求

2.1 計算機監控系統

完成對電站設備的自動監控和調節，主要包括：準確、及時地對整個電站設備運行信息進行采集和處理。對電站機組及主要機電設備進行實時監控，保證電站安全運行并實現電站運行與管理自動化。提高電力系統的安全經濟運行水平，保證供電電能質量；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；為電站逐步實現無人值班（少人值守）創造條件。

2.1.1 計算機監控系統結構

本電站計算機監控系統采用符合國際開放系統標準的分層分布結構，實現“無人值班、少人值守”的運行管理模式。計算機監控系統分為電站控制級和現地控制單元級兩層，采用100Mb/S光纖以太網連接。電站控制級負責全站電氣設備的實時控制及其運行狀態監視，現地控制單元級負責對水輪發電機組、電氣一次設備及公用設備等進行實時控制及監視，當電站控制級因故退出運行時，現地控制單元可以獨立運行而不受影響。計算機監控系統要求能實現與調度、水情測報、泄洪閘門控制等系統的通訊。

2.1.2 計算機監控系統組成

計算機監控系統由電站控制級和現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、一臺網絡終端打印服務器、一套GPS衛星時鐘系統和一套在線式UPS等。

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

2.1.3 計算機監控系統的功能

計算機監控系統主要功能包括：數據采集和處理、安全運行監視、實時控制和調節、事件順序記錄、打印記錄、事故追憶、事故處理指導和恢復操作指導、系統通信、系統自診斷與自恢復、電站運行維護管理、系統授權管理等。

2.2 繼電保護設計

發電機及勵磁變壓器、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。保護裝置具有同監控系統通訊的接口，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備表

2.3 勵磁系統設計

（1）每臺發電機、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測儀，測量該單元的所有電氣量。

（2）每臺發電機的勵磁電壓、勵磁電流配置電量變送器，由勵磁裝置配套；另外，每臺發電機的有功功率、無功功率、定子電壓（單相）、主變低壓側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，由計算機監控系統配套。

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

2.4 控制電源系統

2.4.1 直流電源

電站設一套220V直流系統，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整流模塊,采用N＋1冗余模式。

2.4.2 交流電源

本電站設置一組獨立的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，當UPS整流—逆變單元故障時，應能自動切換至交流旁路電源（經穩壓），切換時間應不大于5ms；220V直流電源用作熱備用，當交流電源中斷時，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 電氣設備的主要布置

電站主廠房安裝三臺立式水輪發電機組，每臺機組尾水側布置四面機旁屏。副廠房設在主廠房進水側，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高壓開關室、中央控制室及廠變室等。高壓開關室安裝開關柜、電壓互感器柜及勵磁變等，中控室布置有微機監控系統設備、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，面積30m×16m，高程441.00m。變電站設備采用戶外中型布置，站內安裝一臺主變、一臺備用廠變以及110kV配電裝置。

4 結語

電氣二次接線設計一般用于對于一次系統實現測量、控制、信號、保護、自動及遠程控制，其附屬于一次回路，同時對一次設備進行控制、操作、監視和保護，以保證水電站、變電站水工、水文、水力機械和電氣一次設備能安全可靠、經濟合理運行。因此，二次設備在水電站的電氣設計中作用重大，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，是水電站設計中不可忽視的部分。陜西水利