大唐東升水電站電氣二次設計綜述

周廣鈺

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

東升水電站位于黑龍江省東寧縣東寧鎮西綏芬河干流上約20 km處，是一座以發電為主兼顧防洪、灌溉、旅游、改善水環境等綜合利用的中型水利水電樞紐工程。水庫總庫容5 824×104m3，電站裝機5臺(4×8 MW+1×1 MW)，總裝機33 MW。電站采用單回66 kV/10 km輸電線路接入220 kV東寧一次變。電站建成后作為東寧地區電網的主力電站運行，對解決本地區缺電問題以及改善電網供電質量，提高水電農村電氣化標準，都將起到重要作用。

電站機—變組合采用2個擴大單元接線(2+3)，5臺機組分別經2臺雙繞組變壓器升壓至66 kV，高壓側為單母線接線，66 kV出線一回，送至東寧一次變電所66 kV母線。該電站電氣二次部分主要包括電站監控系統、繼電保護、二次接線以及工業電視系統等內容。

1 自動控制

1.1 電站調度自動化

東升水電站為省調直調電站，由黑龍江省調和牡丹江地調雙重調度指揮。通過電站計算機監控系統與牡丹江地調聯網，其調度自動化信息分別直送黑龍江省調和牡丹江地調，實現電站遠動功能。

1.2 電站監控系統

根據國內水電站監控設備發展現狀以及國家相關政策要求，東升水電站采用全計算機監控系統，實現電站的控制、測量、信號及信息管理等功能。并按照“無人值班(少人值守)”的管理模式進行總體設計。系統由主控級(電站控制級)和現地控制級組成分布式系統，主控級和現地控制級采用交換式雙以太網通信。局域網按IEEE802.3設計，通信規約采用TCP/IP，網絡的傳輸速率≥100 Mbps，通信介質為多模光纖。

1.2.1 電站控制層

主控級由2套主機/操作員工作站、2套通信工作站、1套工程師/培訓工作站、1套報表及語音報警工作站以及網絡設備和電源設備等組成，是電站的實時監控中心，負責全站的自動化功能(開停機自動流程控制、AGC、AVC等)，歷史數據處理(事故分析處理，各種運行報表、重要設備的運行檔案、各種運行參數特征值等)及全站的人機對話(全站設備的運行監視、事故和故障報警，對運行設備的人工干預及監控系統各種參數的修改和設置等)。所配置的通信工作站用來完成與黑龍江省調、牡丹江地調的通信聯絡以及與廠內MIS系統、水情系統等其他系統的通信工作。

1.2.2 現地單元層

現地單元層共設置7套現地控制單元(發電機LCU 5套，升壓站及公用LCU 1套，泄洪閘門LCU 1套)。發電機LCU主要完成數據采集處理、機組監控及保護、調速器和勵磁裝置的調節、同步操作等功能。

升壓站及公用LCU主要完成升壓站設備的數據采集處理、斷路器操作及監視、同步操作、主變及線路保護等功能以及電站公用設備(如直流電源系統、空壓機系統、技術供水泵、水力監測系統等)的監視及數據采集處理、備用電源自投操作等功能。

壩區LCU分別通過現場總線與各閘門啟閉機電氣控制裝置通信，完成閘門的集中控制、閘門的成組順序控制、閘門的開度及位置信號和故障信號的采集處理和現地顯示;壩區LCU通過光纖通道接入電站計算機監控系統局域網，與電廠控制級進行通信，并按電廠控制級的命令完成對所有被控對象的監視和控制。

現地單元層各LCU的核心設備PLC選用了GE公司原裝進口的PAC RX3i系列產品，并完全采用冗余化配置。

1.3 機組勵磁系統

發電機勵磁方式采用自并激靜止可控硅整流勵磁。勵磁調節器采用微機型雙通道雙容錯勵磁調節器，強勵頂值倍數為1.8倍。起勵電源采用殘壓起勵及以直流220 V作為備用的方式。可控硅功率柜采用三相全控橋接線。勵磁調節器具備與電站計算機監控系統機組LCU的通信接口，以實現監控系統對發電機勵磁的監控和調節功能。

2 繼電保護

2.1 繼電保護方案

東升水電站電力設備和出線按照《水利水電工程繼電保護設計規范》(SL 455—2010)的要求配置了相應保護和系統安全自動裝置，并全部采用微機型裝置。

1)發電機配置的保護:縱聯差動保護，復合電壓起動的過電流保護(記憶)，失磁保護，定時限過負荷保護，過電壓保護，定子單相接地保護，轉子一點接地保護。

2)主變壓器配置的保護:縱聯差動保護，復合電壓起動的過電流保護，輕、重瓦斯保護，零序電流保護，溫度升高保護。

3)66 kV線路配置的保護:光纖縱差距離保護，電流速斷保護，三段式相間距離保護，四段式過電流保護，三相一次重合閘。

4)廠用變配置的保護:電流速斷保護，過電流保護，溫度保護。

2.2 安全自動裝置配置

東升水電站配置了低周低壓振蕩解列裝置、備用電源自投裝置以及檢同期、檢無壓三相一次自動重合閘裝置等，以滿足電力系統安全運行的要求。

3 二次接線

3.1 二次接線系統設計方案

電站機組調速器油壓裝置、低壓空壓機、機組檢修排水泵、廠房滲漏排水泵等，原則上就地控制，自成體系，與電站監控系統僅有信息交換，不納入監控系統集中監控。

3.2 電流電壓互感器的配置

電流、電壓互感器的配置按滿足電站保護、監測、測量的原則配置。

測量與電站計算機監控系統統一考慮設置。根據《電測量及電能計量裝置設計技術規程》(DL/T 5137—2001)有關規定，除現地保留少量必要的常測儀表作為現場調試和備用監視表計外，需要集中監測和遠傳的電氣量，均通過各現地LCU的智能交流采樣裝置進行采集、處理，并送主控級記錄、顯示和打印。

3.3 同期系統

同期裝置與電站計算機監控系統統一考慮設置。發電機出口斷路器、主變高壓側斷路器和線路出口斷路器均設為同期點。發電機出口斷路器采用(單對象)自動準同期方式，另設手動準同期方式作為備用。主變高壓側斷路器和線路出口斷路器采用(多對象)自動準同期方式。

3.4 信號系統

東升電站不設常規中央音響信號系統，電站事故及故障信號均由計算機監控系統語音報警裝置和操作員工作站顯示器進行報警和顯示。現地控制保護設備配置信號燈或顯示裝置以提供現地信號，現地設備信號以繼電器無源接點或計算機通信方式上送計算機監控系統。

3.5 控制電源

全廠二次控制系統電源分為交流和直流兩種。

電站設置220 V交流逆變電源屏一面，逆變電源由電站220 V直流系統和廠用380 V交流系統雙電源供電。作為計算機監控(上位)系統以及勵磁、調速、保護等的交流工作電源。電站監控系統現地單元為交、直流雙電源供電，電壓均為220 V。

電站另設一套300Ah/220 V高頻開關直流電源，作為控制、保護、事故照明、滅磁開關和斷路器操作的工作電源。蓄電池按照浮充電方式運行，采用微機監控儀完成充、放電控制，母線絕緣監測、各饋電支路絕緣監測、電池容量監測等，以RS485接口與公用LCU相接，上送直流系統有關參數。

4 工業電視系統

為滿足電站集中監控的需要，作為全廠綜合自動化系統的重要配套設施之一，東升水電站設置了一套由前端設備、控制設備和傳輸設備及線纜等部分組成的工業電視監控系統。該系統可對全廠各重要生產部位進行直觀的實時畫面監控，亦可和廠內火災監控系統聯網，當發生突發事故時直接調出事故現場畫面。其監視范圍主要包括主副廠房、升壓站、進廠通道以及大壩和溢洪道等處，確保設備安全可靠運行，為實現“無人值班，少人值守”提供可靠保證和必要準備。

根據東升水電站工程建筑物布置特點，電視監控系統采用分層式網絡結構，整個系統分為控制級和現地級。系統按監控點設備布置位置劃分為電站和大壩兩個分區。其中電站分區包含15個監視站點，大壩分區包含13個監視站點。

布置在電站和大壩兩個分區內的各個攝像機的視頻和控制信號利用電纜各自分別傳輸至電站計算機室和泄水閘集控室的現地級設備(嵌入式數字硬盤錄像機)，通過各自分區內的數字硬盤錄像機實現圖象視頻的矩陣切換、錄像、畫面分割處理、編碼和壓縮等，各分區圖象視頻通過100 M以太網路由接口傳輸至電站中控室控制級設備(視頻工作站)，實現圖像監控和管理。

控制級與現地級的數字傳輸，采用高速以太網，通過交換式以太網交換機相連接，網絡傳輸速率為100 Mbps，采用TCP/IP協議。控制級與電站現地級傳輸介質為雙絞線;控制級與大壩現地級傳輸介質為光纖。

5 結束語

東升水電站從水庫庫容和電站裝機規模看，屬中小型工程。但是該電站建成后，將并入東寧地區電網運行，可以大大緩解東寧電網電力供應緊張局面，增加系統調峰電量，改善供電質量，為東寧縣實現水電農村電氣化縣的電力發展目標提供保障，同時可以加快綏芬河流域水能資源開發的速度。因此該工程對于當地電力系統安全運行、地區工業生產及經濟發展都具有重要意義。根據該工程的功能特性和特殊地位，東升水電站在設計時，采用了當前國內最先進的技術和設計理念，選用了目前市場主流的、先進且成熟的計算機監控、微機繼電保護以及工業電視等設備，使該電站完全具備實現“無人值班(少人值守)”的條件，大大提高了電站的綜合自動化水平，使電站運行更加安全可靠、經濟高效，在地區電力市場中的競爭力大為提高。

東升水電站目前正在施工，預計2013年底竣工投產，我們期待著該電站能夠全面實現設計要求，盡快發揮效益。

［1］水利部水電局.水電政［2005］40號.農村水電自動化設備(監控保護)應用指導意見［R］.北京:水利部水電局，2005.

［2］中國水電顧問集團北京勘測設計研究院.水電水利規劃設計總院.DL/T 5065—2009水力發電廠計算機監控系統設計規范［S］.北京:中國電力出版社，2009.

［3］電力工業部.水利部北京勘測設計研究院.DL/T 5081—1997水力發電廠自動化設計技術規定［S］.北京:中國電力出版社，1997.