中小型水電站的電氣二次設計探討

黨碧輝(中國葛洲壩集團機電建設有限公司,四川成都 610091)

?

中小型水電站的電氣二次設計探討

黨碧輝
(中國葛洲壩集團機電建設有限公司,四川成都 610091)

【摘 要】隨著社會經濟的不斷發展,人們生活水平的不斷提高以及企業規模的不斷擴大,人們在生產經營以及日常生活中的用電量逐漸增大。隨著用電需求的不斷擴大,就使得各種發電系統得到了較為快速的發展。在近些年間,水電站以其可再生、清潔無污染、運行成本低等諸多優點成為發電行業的新寵。而隨著經濟的發展以及能源的日益緊張,中小型水電站在近些年得到了廣泛的重視和應用,而中小型水電站中的電氣二次設計對于整個水電站的運行的安全與穩定發揮著極為重要的作用。本文主要就中小型水電站的電氣二次設計進行探討。

【關鍵詞】中小型水電站 電氣二次設計 探討

中小型水電站是將流動的水能轉化為電能的大型工程，它的主要運行原理是通過水庫將從高處泄落的水引入水電站的引水系統中，用水的落差形成重力作用，從而形成動力，推動水電站系統中的機組正常運行，將水能轉化為電能，并將電能輸送至發電廠，為居民日常生活和企業生產經營提供電力資源使用。在水電站的電氣設備中一般包括電氣一次設備與電氣二次設備，常見的電氣二次設備主要包括計算機監控系統設備、機組繼電保護系統設備、機組勵磁系統設備、機組狀態監測系統設備、高壓系統保護及自動裝置所組成的設備等等。電氣二次設備在水電站的電氣設計中作用極大，是保障水電站正常運行的基礎，也是水電站電氣設計中必不可少的重要組成部分[1]。

1 計算機監控系統設計

中小型水電站電氣二次設備中的計算機監控系統主要是對其它運行的設備進行監控，并對監控結果作出相應的調節，能夠有效維護設備的正常運行。一般中小型水電站中的計算機監控系統均采用符合國際開放系統標準的分層分布結構，采用計算機監控系統的主要目的就是為了減少工作人員的工作量，盡可能地減少值班人員。計算機監控系統分為電站終端控制級與現場控制級兩層，采用100Mb/s光纖通過太網進行連接。電站終端控制級主要負責對其它運行設備進行終端監控，實時反饋信息，并對監控結果進行相應調節；現場控制機則負責對水輪發電機組、電氣一次設備以及公用設備等進行現場實時監控和調節，當電站終端控制級出現故障時，現場控制級可以不受其影響，單獨運行和調節。電氣二次設備中對計算機監控系統的要求為，必須實行與調度、水情測試狀況、泄洪閘門控制等系統的實時聯系與通訊[2]。

2 機組繼電保護系統設計

電氣二次設備中的機組繼電保護系統設備的功能主要是為了給水電站運行過程中一些其它的重要設備提供繼電保護。受機組繼電保護系統保護的設備主要有水輪發電機組、變壓器、110kV線路、廠用變保護等設備，電氣二次設計中的保護裝置內部含有自檢功能，能夠有效檢查出水電站運行過程中一些重要的設施設備是否受到了電磁的影響，并對受到電磁影響的設施設備進行相應地保護和調節。另外，在電氣二次設計中在機組繼電保護系統中設計了一個與計算機監控系統相連接的接口，可以實現機組繼電保護系統與計算機監控系統的實時通訊。

3 機組勵磁系統設計

在中小型水電站電氣二次設計中，應該為每臺發電機、每臺主變壓器、110 kV線路以及廠用變保護設備等配備一塊交流采樣電量綜合測試儀，檢測每個設備中的所有的電氣量，從而確定是否應該為發電機的勵磁電壓、勵磁電流等配備電量變送器。而每臺發電機的有功功率、無功功率、單相定子電壓、單相主變低壓側6.3kV母線電壓、0.4kV廠用電母線電壓、220V直流母線電壓、UPS電源交流電壓以及頻率等是否需要分別配置電量變送器，是由發電機的實際需要來決定的。除此之外，為了給宏觀監控提供方面以及為計算機監控系統準備備用設備，在中央控制系統中還應該配備少量的常規電測電子儀表，可以采用數字式儀表或者指針式的儀表，但為了更為精準地進行檢測，數字電子儀表更為合適[3]。

4 直流電源設計

在中小型水電站電氣二次設計中直流電源系統一般設計為220V的直流電源，對水電站中全部設備的電氣保護、控制、操作、自動裝置、事故照明等提供直流電源。為了加強水電站系統設備的防爆功能，在進行直流電源設計時，應同時設計出一組104只鉛酸蓄電池的電池組，容量為200AH，電池組需要具備閥控、免維護、防爆等功能，還要設計一套充電裝置。直流母線上為單母線，母線上掛一組鉛酸蓄電池與一套充電裝置，并配備微機絕緣檢測裝置以及蓄電池巡察裝置。充電裝置中一般采用微機控制高頻開關整流模塊，采用N+1冗余模式。

5 交流電源設計

中小型水電站中一般采用獨立的一組10kVA的UPS交流電源裝置，在此交流電源裝置中不需要配備蓄電池。在水電站正常運行時，由交流220V的廠用電進行供電，在裝置中要配置無觸點旁路開關[4]。在UPS中某單元發生故障時，開關可以自動切換交流電源，而當交流電源中斷時，可以無障礙地切換至直流電源，這樣就能保證交流輸出的不間斷，從而保障水電站運行的安全與穩定。

6 結語

綜上所述，中小型水電站中的電氣二次設備對于整個水電站的安全、平穩運行發揮著極為重要的作用。在電氣二次設計中的接線設計通常是對一次系統進行實時地檢測、控制和保護，同時也對一次系統中的一次設備進行監測和保護，以保證一次設備的正常平穩運行。因此，在中小型水電站中應該加強對電氣二次設計的重視程度，同時注重設計的科學性與合理性，提升電氣二次設計水平，使其能夠充分發揮保證水電站正常運行的作用，進一步提升水電站運行效益。

參考文獻:

[1]王成明,鄧鵬,朱冠廷.緬甸道耶坎水電站電氣二次設計[J].人民長江,2013(S2):71-73+113.

[2]朱冠廷,黃天東,陳吉祥,鄒來勇.湖北三里坪水電站電氣二次設計[J].人民長江,2013(20):68-71.

[3]周業榮,嚴映峰,宋柯,劉立春,王蓓蓓.瀑布溝水電站電氣二次系統總體設計介紹[J].水電站機電技術,2014(06):28-32+35.

[4]朱姝,劉存英,郭亞卓,張崢.蓋下壩水電站電氣二次設計[J].東北水利水電,2014(08):10-12.

作者簡介:黨碧輝(1979—),男,湖北宜昌人,學士學位,工程師、研究方向:水電站電氣一次及二次安裝、試驗及調試。