大唐東升水電站電氣二次設(shè)計綜述

周廣鈺

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)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(zhèn)西綏芬河干流上約20 km處，是一座以發(fā)電為主兼顧防洪、灌溉、旅游、改善水環(huán)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(qū)電網(wǎng)的主力電站運行，對解決本地區(qū)缺電問題以及改善電網(wǎng)供電質(zhì)量，提高水電農(nóng)村電氣化標(biāo)準(zhǔn)，都將起到重要作用。

電站機—變組合采用2個擴(kuò)大單元接線(2+3)，5臺機組分別經(jīng)2臺雙繞組變壓器升壓至66 kV，高壓側(cè)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(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護(hù)、二次接線以及工業(yè)電視系統(tǒng)等內(nèi)容。

1 自動控制

1.1 電站調(diào)度自動化

東升水電站為省調(diào)直調(diào)電站，由黑龍江省調(diào)和牡丹江地調(diào)雙重調(diào)度指揮。通過電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)與牡丹江地調(diào)聯(lián)網(wǎng)，其調(diào)度自動化信息分別直送黑龍江省調(diào)和牡丹江地調(diào)，實現(xiàn)電站遠(yuǎn)動功能。

1.2 電站監(jiān)控系統(tǒng)

根據(jù)國內(nèi)水電站監(jiān)控設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀以及國家相關(guān)政策要求，東升水電站采用全計算機監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)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(jìn)行總體設(shè)計。系統(tǒng)由主控級(電站控制級)和現(xiàn)地控制級組成分布式系統(tǒng)，主控級和現(xiàn)地控制級采用交換式雙以太網(wǎng)通信。局域網(wǎng)按IEEE802.3設(shè)計，通信規(guī)約采用TCP/IP，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率≥100 Mbps，通信介質(zhì)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(xùn)工作站、1套報表及語音報警工作站以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和電源設(shè)備等組成，是電站的實時監(jiān)控中心，負(fù)責(zé)全站的自動化功能(開停機自動流程控制、AGC、AVC等)，歷史數(shù)據(jù)處理(事故分析處理，各種運行報表、重要設(shè)備的運行檔案、各種運行參數(shù)特征值等)及全站的人機對話(全站設(shè)備的運行監(jiān)視、事故和故障報警，對運行設(shè)備的人工干預(yù)及監(jiān)控系統(tǒng)各種參數(shù)的修改和設(shè)置等)。所配置的通信工作站用來完成與黑龍江省調(diào)、牡丹江地調(diào)的通信聯(lián)絡(luò)以及與廠內(nèi)MIS系統(tǒng)、水情系統(tǒng)等其他系統(tǒng)的通信工作。

1.2.2 現(xiàn)地單元層

現(xiàn)地單元層共設(shè)置7套現(xiàn)地控制單元(發(fā)電機LCU 5套，升壓站及公用LCU 1套，泄洪閘門LCU 1套)。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(hù)、調(diào)速器和勵磁裝置的調(diào)節(jié)、同步操作等功能。

升壓站及公用LCU主要完成升壓站設(shè)備的數(shù)據(jù)采集處理、斷路器操作及監(jiān)視、同步操作、主變及線路保護(hù)等功能以及電站公用設(shè)備(如直流電源系統(tǒng)、空壓機系統(tǒng)、技術(shù)供水泵、水力監(jiān)測系統(tǒng)等)的監(jiān)視及數(shù)據(jù)采集處理、備用電源自投操作等功能。

壩區(qū)LCU分別通過現(xiàn)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(xiàn)地顯示;壩區(qū)LCU通過光纖通道接入電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)，與電廠控制級進(jìn)行通信，并按電廠控制級的命令完成對所有被控對象的監(jiān)視和控制。

現(xiàn)地單元層各LCU的核心設(shè)備PLC選用了GE公司原裝進(jìn)口的PAC RX3i系列產(chǎn)品，并完全采用冗余化配置。

1.3 機組勵磁系統(tǒng)

發(fā)電機勵磁方式采用自并激靜止可控硅整流勵磁。勵磁調(diào)節(jié)器采用微機型雙通道雙容錯勵磁調(diào)節(jié)器，強勵頂值倍數(shù)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(diào)節(jié)器具備與電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)機組LCU的通信接口，以實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)對發(fā)電機勵磁的監(jiān)控和調(diào)節(jié)功能。

2 繼電保護(hù)

2.1 繼電保護(hù)方案

東升水電站電力設(shè)備和出線按照《水利水電工程繼電保護(hù)設(shè)計規(guī)范》(SL 455—2010)的要求配置了相應(yīng)保護(hù)和系統(tǒng)安全自動裝置，并全部采用微機型裝置。

1)發(fā)電機配置的保護(hù):縱聯(lián)差動保護(hù)，復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)(記憶)，失磁保護(hù)，定時限過負(fù)荷保護(hù)，過電壓保護(hù)，定子單相接地保護(hù)，轉(zhuǎn)子一點接地保護(hù)。

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

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

4)廠用變配置的保護(hù):電流速斷保護(hù)，過電流保護(hù)，溫度保護(hù)。

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(tǒng)安全運行的要求。

3 二次接線

3.1 二次接線系統(tǒng)設(shè)計方案

電站機組調(diào)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(jiān)控系統(tǒng)僅有信息交換，不納入監(jiān)控系統(tǒng)集中監(jiān)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(hù)、監(jiān)測、測量的原則配置。

測量與電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一考慮設(shè)置。根據(jù)《電測量及電能計量裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程》(DL/T 5137—2001)有關(guān)規(guī)定，除現(xiàn)地保留少量必要的常測儀表作為現(xiàn)場調(diào)試和備用監(jiān)視表計外，需要集中監(jiān)測和遠(yuǎn)傳的電氣量，均通過各現(xiàn)地LCU的智能交流采樣裝置進(jìn)行采集、處理，并送主控級記錄、顯示和打印。

3.3 同期系統(tǒng)

同期裝置與電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一考慮設(shè)置。發(fā)電機出口斷路器、主變高壓側(cè)斷路器和線路出口斷路器均設(shè)為同期點。發(fā)電機出口斷路器采用(單對象)自動準(zhǔn)同期方式，另設(shè)手動準(zhǔn)同期方式作為備用。主變高壓側(cè)斷路器和線路出口斷路器采用(多對象)自動準(zhǔn)同期方式。

3.4 信號系統(tǒng)

東升電站不設(shè)常規(guī)中央音響信號系統(tǒng)，電站事故及故障信號均由計算機監(jiān)控系統(tǒng)語音報警裝置和操作員工作站顯示器進(jìn)行報警和顯示。現(xiàn)地控制保護(hù)設(shè)備配置信號燈或顯示裝置以提供現(xiàn)地信號，現(xiàn)地設(shè)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(jiān)控系統(tǒng)。

3.5 控制電源

全廠二次控制系統(tǒng)電源分為交流和直流兩種。

電站設(shè)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(tǒng)和廠用380 V交流系統(tǒng)雙電源供電。作為計算機監(jiān)控(上位)系統(tǒng)以及勵磁、調(diào)速、保護(hù)等的交流工作電源。電站監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地單元為交、直流雙電源供電，電壓均為220 V。

電站另設(shè)一套300Ah/220 V高頻開關(guān)直流電源，作為控制、保護(hù)、事故照明、滅磁開關(guān)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(jiān)控儀完成充、放電控制，母線絕緣監(jiān)測、各饋電支路絕緣監(jiān)測、電池容量監(jiān)測等，以RS485接口與公用LCU相接，上送直流系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)。

4 工業(yè)電視系統(tǒng)

為滿足電站集中監(jiān)控的需要，作為全廠綜合自動化系統(tǒng)的重要配套設(shè)施之一，東升水電站設(shè)置了一套由前端設(shè)備、控制設(shè)備和傳輸設(shè)備及線纜等部分組成的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對全廠各重要生產(chǎn)部位進(jìn)行直觀的實時畫面監(jiān)控，亦可和廠內(nèi)火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)發(fā)生突發(fā)事故時直接調(diào)出事故現(xiàn)場畫面。其監(jiān)視范圍主要包括主副廠房、升壓站、進(jìn)廠通道以及大壩和溢洪道等處，確保設(shè)備安全可靠運行，為實現(xiàn)“無人值班，少人值守”提供可靠保證和必要準(zhǔn)備。

根據(jù)東升水電站工程建筑物布置特點，電視監(jiān)控系統(tǒng)采用分層式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)分為控制級和現(xiàn)地級。系統(tǒng)按監(jiān)控點設(shè)備布置位置劃分為電站和大壩兩個分區(qū)。其中電站分區(qū)包含15個監(jiān)視站點，大壩分區(qū)包含13個監(jiān)視站點。

布置在電站和大壩兩個分區(qū)內(nèi)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(xiàn)地級設(shè)備(嵌入式數(shù)字硬盤錄像機)，通過各自分區(qū)內(nèi)的數(shù)字硬盤錄像機實現(xiàn)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(qū)圖象視頻通過100 M以太網(wǎng)路由接口傳輸至電站中控室控制級設(shè)備(視頻工作站)，實現(xiàn)圖像監(jiān)控和管理。

控制級與現(xiàn)地級的數(shù)字傳輸，采用高速以太網(wǎng)，通過交換式以太網(wǎng)交換機相連接，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率為100 Mbps，采用TCP/IP協(xié)議。控制級與電站現(xiàn)地級傳輸介質(zhì)為雙絞線;控制級與大壩現(xiàn)地級傳輸介質(zhì)為光纖。

5 結(jié)束語

東升水電站從水庫庫容和電站裝機規(guī)模看，屬中小型工程。但是該電站建成后，將并入東寧地區(qū)電網(wǎng)運行，可以大大緩解東寧電網(wǎng)電力供應(yīng)緊張局面，增加系統(tǒng)調(diào)峰電量，改善供電質(zhì)量，為東寧縣實現(xiàn)水電農(nóng)村電氣化縣的電力發(fā)展目標(biāo)提供保障，同時可以加快綏芬河流域水能資源開發(fā)的速度。因此該工程對于當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)安全運行、地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有重要意義。根據(jù)該工程的功能特性和特殊地位，東升水電站在設(shè)計時，采用了當(dāng)前國內(nèi)最先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)計理念，選用了目前市場主流的、先進(jìn)且成熟的計算機監(jiān)控、微機繼電保護(hù)以及工業(yè)電視等設(shè)備，使該電站完全具備實現(xiàn)“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(jīng)濟(jì)高效，在地區(qū)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(yù)計2013年底竣工投產(chǎn)，我們期待著該電站能夠全面實現(xiàn)設(shè)計要求，盡快發(fā)揮效益。

［1］水利部水電局.水電政［2005］40號.農(nóng)村水電自動化設(shè)備(監(jiān)控保護(hù))應(yīng)用指導(dǎo)意見［R］.北京:水利部水電局，2005.

［2］中國水電顧問集團(tuán)北京勘測設(shè)計研究院.水電水利規(guī)劃設(shè)計總院.DL/T 5065—2009水力發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國電力出版社，2009.

［3］電力工業(yè)部.水利部北京勘測設(shè)計研究院.DL/T 5081—1997水力發(fā)電廠自動化設(shè)計技術(shù)規(guī)定［S］.北京:中國電力出版社，1997.