水電站綜合自動化系統技術改造

郭漢權

身份證號碼：440106197903084055

摘要：本文以某水電站綜合自動化系統的技術改造工程為例，對水電站工程現狀及存在的問題進行了分析與研究，并對水電站綜合自動化系統技改方案進行了探討，以期能夠提高水電站的效益，確保水電站的安全、可靠、穩定運行。

關鍵詞：水電站；綜合自動化系統；改造方案；運行穩定

隨著經濟建設以及現代科學技術的不斷發展，水電站也向著智能化的方向改進。目前，采用綜合自動化系統已經成為水電站的發展趨勢，其對水力系統的安全性與穩定性具有非常重要的意義，是促進水電站安全運行的重要措施。本文作者根據多年工作經驗與實踐，對某水電站的狀況以及存在問題進行了分析，并針對監控系統以及微機保護配置兩大方面對水電站綜合自動化系統進行技術改造探討、分析，目的是為了提高水電站安全、可靠穩定運行水平，降低運行維護成本，可供參考。

1 工程現狀及存在的問題

某水電站為壩后引水式季節性電站，裝機容量為2×6500kW。該電站建成投產運行幾十余年來，給當地的國民經濟發展、工農業生產提供了可靠的電力能源，產生了較好的社會效益。

目前水庫防洪與發電的客觀條件良好，但是電站控制、保護、計量等自動化設備陳舊，數據采集通信不暢，與控制系統不配套，維護代價過高，所以機組自動化在運行中，頻繁出現故障，效率下降，電能質量下降，無法產生最佳的經濟效益和社會效益。

2 綜合自動化系統技改方案

針對電站存在的問題，按照安全可靠，技術先進，經濟運行的原則對電站進行綜合自動化系統改造，系統建成后，將實現集信息采集、傳輸、優化調度與自動監控于一體的現代化電站管理功能，本系統設計主要由監控系統、微機保護、計量、同期等幾個部分組成，電站自動化綜合系統結構示意如圖1。

圖1 電站綜合自動化系統結構示意圖

2.1 監控系統

電站監控系統應能迅速、準確、有效地完成對電站被控對象的安全監視和控制，系統采用全分布開放式網絡控制系統，設主控級計算機兼操作人員工作站和系統服務器，實現雙機熱備用。

電站設置獨立的綜合自動化系統，控制級別分為站控級、現地自動＼手動控制級，現地控制級按被控對象配置機組LCU、公用設備LCU等現地控制單元?，F地單元和監控主機之間由以太網連接，現地單元將信號傳送到監控主機，并接受其指令，實現集中自動控制。

站控級負責協調和管理各現地控制單元的工作、收集有關信息并作相應處理和存儲，設備預留與遠方調度計算機實現數據通訊的接口和功能。

2.1.1 監控系統組成

主要包括以下內容：

1）兩臺監控主機；2）一臺操作員工作站；3）二套發電機現地控制單元LCU，包括交流采樣裝置等；4）一套公用現地控制單元LCU，包括交流采樣裝置等；5）一套工業級網絡設備（包括智能交換機、防火墻等）；6）一套電站公用的GPS系統時鐘同步裝置；7）一套逆變穩壓電源；8）一套語音報警系統裝置；9）一臺打印機；10）以太網交換；11）通信附件及電纜；12）一套中控室控制臺；13）備品備件、專用工具及維修試驗設備；14）提供的軟件包括：系統軟件；支持軟件；應用軟件。

2.1.2監控系統監控對象

主要包括以下內容：

1）兩臺水輪機及其輔助設備；2）兩臺三相同步發電機及其輔助設備；3）一臺主變壓器；4）35kV母線；5）6kV母線；6）電站公用設備及閘門；7）油系統；8）排水系統；9）氣系統；10）電站廠用電系統；11）直流電系統；12）電站水力監測系統

2.1.3監控系統功能

電站監控主機設在中控室，監控系統通過系統網絡總線接口與各測控單元通訊，實現全站數據采集和處理，實時控制和調節，安全運行監視，屏幕顯示，事故處理指導和恢復操作指導，實現機組控制操作和輔助設備等的控制；系統可根據運行值班人員的指令說程序設定，參考現地的狀況，手動或自動進行控制，亦可下傳至現地LCU控制，使全站保持最佳運行工況。另外系統具備數據通信，鍵盤操作，文件打印，電站設備運行維護管理，系統診斷，軟件開發及培訓等功能，以達到“無人值班、少人值守”的要求。

2.2 微機保護配置

電站的保護裝置采用NED-800系列的微機繼電保護裝置，與監控系統有通信接口，各保護裝置在中控室統一組屏安裝。其中：主變壓器保護裝置三套，組屏一面；35kVPT監測裝置一套；兩臺發電機保護裝置各一套，組屏一面，6kVPT監測裝置一套，1臺站變保護裝置，10kV線路監測裝置一套。

保護裝置的設置根據電氣主接線和《繼電保護和自動裝置設計規程》確定，這里不做敘述。電站機電設備參數：主變壓器型號：SF11-20000/35，20000kVA，38.5kV±2×2.5%/6.3kV。發電機型號：SF7000-16/3300；額定電壓Un=6.3kV；功率因數COSΦ=0.8。經過整定后得出保護裝置完成預定保護功能所需的動作參數值，達到整定值，保護裝置動作。

微機主要保護功能及配置概述如下：

2.2.1 主變壓器保護

1）主變壓器縱聯差動保護

主變設置縱聯差動保護裝置，保護為比率制動式，應能反映出變壓器引出線、套管及內部的短路等故障，能躲過勵磁涌流和外部短路產生的不平衡電流，并具有防止誤動及CT斷線閉鎖功能。保護分別瞬時動作于主變高/低壓側斷路器跳閘。差動保護整定結果：

差動速斷保護電流整定范圍：1.00-100.00A（0.8～10In）整定值18.35A。

差動保護起動電流整定范圍：0.10-50.00A（0.3～0.5In）整定值1.84A。

差動制動電流整定范圍：0.10-50.00A（0.8～1.2In）整定值3.67A。

比例制動系數0.20-0.90整定值0.50。

二次諧波制動系數：0.10-0.50整定值0.17。

2）主變壓器高壓側復合電壓啟動的過電流保護此保護作為主變壓器后備保護，應能反應由外部相間短路引起的變壓器過電流等故障。保護應帶時限動作于主變壓器高壓側斷路器跳閘。保護的整定：

動作電流整定范圍：0.2～20A整定值7.34A。

負序動作電壓整定范圍：1～30V整定值6V。

相間動作低電壓整定范圍：1～100V整定值70V。

動作時間整定范圍：0.1～10s整定值1.5s。

3）主變壓器低壓側復合電壓啟動的過電流保護

此保護作為主變壓器后備保護，應能反應由外部相間短路引起的變壓器過電流等故障。保護應帶時限動作于主變壓器低壓側斷路器跳閘。保護的整定：

動作電流整定范圍：0.2～20A整定值5.18A。

負序動作電壓整定范圍：1～30V整定值6V。

相間動作低電壓整定范圍：1～100V整定值70V。

動作時間整定范圍：0.1～10s整定值1.2s。

另外還要實現主變壓器的瓦斯保護，溫度保護，油位保護壓力釋放保護和過負荷保護。兩個站用變壓器高、低壓側設置速斷保護即可。

2.2.2 發電機保護

1）發電機差動保護

此保護為比率制動式，用于反應發電機定子繞組及其引出線上的相間短路，具有CT斷線閉鎖功能。保護瞬時動作于停機、滅磁、斷路器跳閘。

動作電流整定范圍：0.05～5A整定值1.21A。

比例制動系數：0.15～0.4整定值0.2。

2）發電機復合電壓過電流保護

此保護作為發電機的后備保護，應能反應發電機內部及其引出線的短路故障。帶時限動作于發電機斷路器跳閘、滅磁、停機。保護的整定：

動作電流整定范圍：0.2～20A整定值5.347A。

負序動作電壓整定范圍：1～30V整定值6.5V。

相間動作低電壓整定范圍：1～100V整定值70V。

動作時間整定范圍：0.1～10s整定值2s。

3）發電機定子繞組接地保護

90%～95%定子繞組接地保護可由基波零序電壓原理構成，為提高保護的靈敏度，零序電壓元件輸入回路應加裝用于消除三次諧波的濾波器。保護帶時限動作于信號或動作于停機。保護的整定：

基波零序電壓整定范圍：1～50V整定值13V。

動作時間整定范圍：0.1～10s整定值0.5s。

4）發電機定子繞組過負荷保護

此保護采用單相式，延時后發出定子繞組過負荷信號。

動作電流整定范圍：1～20A整定值4.68A。

動作時間整定范圍：0.1～10s整定值0.5s。

5）發電機轉子一點接地保護

此保護應能反應轉子繞組上的任一點接地故障及絕緣電阻的降低，保護的靈敏度不應隨轉子接地點的變化而改變。保護帶延時動作于信號。保護的整定：

轉子接地電阻整定范圍：0.5kΩ～50kΩ整定值5kΩ。

動作時間整定范圍：1～10s整定值3s。

除以上主要保護外還要實現發電機的過電壓保護和失磁保護，保護帶延時動作于發電機解列、滅磁、失磁故障。

2.2.3 微機PT監測裝置

微機PT監測裝置設置于母線，能實現過電壓保護、低電壓保護、接地保護、PT斷線報警等功能。

3 計量

電站計量系統采用智能電子式電度表，電度表應滿足計算機監控系統的要求，具有脈沖輸出及數據輸出，并且有分時計費功能及失壓記錄功能，要能與公用LCU串行通信，系統所有電度表組一面屏安裝。計量方式如下：

1）電站計量點設置在變壓器高壓側35kV出線側。計量方式為雙向計量。

2）兩臺發電機出口均設置計量點。計量方式為單向計量。

3）附近10kV電源進線（去站用變壓器）計量點。計量方式為單向計量。

4 同期

電站同期點定在兩臺發電機出口側，采用微機自動準同期和手動準同期裝置，設置同期屏一面。

在發電機工作方式下，對待并入電網的發電機，準同期裝置自動調節頻率、電壓，合閘相位與電網相同，當調整到具備并網條件時，自動合上發電機的同期合閘開關，完成發電機的自動并網，或者用戶可以手動按面板的“確認”鍵或其它“認可”操作進行合閘。手動同期裝置和自動準同期裝置應是互相獨立、互不干擾的兩套裝置。

5 結語

總之，水電站綜合自動化系統技術已經廣泛應用，其對水電站的穩定運行具有非常重要的意義。實踐證明，經過水電站綜合自動化系統的技術改造，大大提高了該水電站自動化水平，降低了運行成本，保證了水電站安全、可靠運行。然而，水電站綜合自動化系統仍在發展，無論從其技術性、重要性、投資數和任務量都占有相當的地位，市場前景十分廣闊，相信將高新技術的應用和現場實際要求的有機結合，將促進水電站綜臺自動化技術更加完善。

參考文獻：

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[2]王智；鄒信勤.500kV變電站綜合自動化系統技術改造的實踐與分析[J].中國電力教育.2011（2）

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按照上述數據分析方法，對基坑的水平位移和沉降監測數據成果進行分析，將計算得到的坐標位移ΔX，ΔY轉化為該點沿基坑邊界向基坑內（+）外（-）的數值變化情況。本文給出了2013年9月1日到2014年2月22日之間F1～F5五個水平位移監測點和C1～C5五個沉降點的50期觀測值相對于初始監測時的累計水平位移和沉降變化。并繪制出了對應的累計水平位移過程曲線和沉降變化曲線（如圖2、圖3所示）。通過曲線擬合和回歸分析對數據成果進行分析預報。

圖3 水平位移監測點累計位移量過程曲線

以位移點F2點舉例論證。通過二項式擬合插值得到：

Y=-0.0064X2+0.6162X+6.503 （13）

分析，我們發現

R2=0.858

R Square對應的數值為測定系數（determination coefficient），它是相關系數的平方。0.8575接近于1，說明線性擬合較好。點位變化明顯，現場踏勘和綜合經驗分析發現現場周邊高層建筑的地下室開始頻繁施工，導致水平位移變化趨勢有所加大。

以沉降點C5從2013年12月1日到2014年2月22日的19個觀測值為回歸模型的分析點，對其進行回歸分析。結果如表1、表2。

（1）相關系數（correlation coefficient）R的評價。一般地，相關系數的絕對值在0.8～1的范圍內，可判斷回歸自變量和因變量具有較強的線性相關性。本例R=0.9999，表明線性關系較好。

（2）R Square對應的數值為測定系數，它是相關系數的平方，即有R2=0.9998。

（3）Adjusted對應的是校正測定系數（adjusted determination coefficient）

表1 回歸統計表格

表2 方差分析表格

從以上回歸統計值發現，AdjustedR2=0.9442，證明該次擬合效果較好。

從表2看出，數據的殘差較小，擬合的效果很好。Significance F對應的是在顯著性水平下的Fα臨界值，其實等于P值，即棄真概率。所謂“棄真概率”即模型為假的概率，顯然1-P便是模型為真的概率?？梢?，P值越小越好。對于本例，P=3.153E-33<0.0001，故置信度達到99.999%以上。

通過回歸分析說明該點在給定時間段內，觀測效果較好，數據成果可信度很高，預測模型較為準確。需要說明的是，由于監測現場情況較為復雜，在運用數理統計方法進行預測時，需要結合現場實際情況以及以往經驗進行更為合理準確的判斷和預測。

2 結束語

綜上所述，基坑若發生變形，將會對整體的建筑施工產生極為不利的影響。因此，施工方必須要引起重視，做好基坑變形監測的工作，并采取措施做好控制，以保障基坑施工的質量，從而為保障工程的施工安全。

參考文獻：

[1]杜錫華.談談高層建筑深基坑支護工程變形監測方法[J].科技資訊.2010（35）.

[2]章丹峰.某工程大型基坑監測與分析[J].廣東土木與建筑.2011（06）.