新疆齊熱哈塔爾水電站電氣二次及通信系統設計

胡楠 鄭宏宇

齊熱哈塔爾水電站安裝3臺單機70 MW水輪發電機組，發變組采用單元接線，發電機出口均設GCB，主變高壓側經220 kV線路分別引接至英吉沙變電站和下板地水電站。電站按無人值班（少人值守）運行原則設計，采用全計算機監控系統，系統為全分布、全開放式結構，硬件和軟件設計為模塊化、結構化，可滿足不同運行期間功能調整和擴充的需要。

電站電量測量除現地保留少量必要的常規測量儀表外，其他需要集中監測和遠傳的電氣量，將采用綜合電量測量裝置或變送器轉換為標準信號，送入計算機監控系統進行顯示及記錄。

根據電站主接線及運行要求，選擇各發電機出口斷路器、220 kV各斷路器為同期點。同期方式采用自動準同期作為正常同期方式，帶非同步閉鎖的手動準同期方式作為備用同期方式。

按照接入系統設計要求，電站采用光纖通信和電力線載波通信方式經英吉沙220 kV變電站接入新疆省調和地調。

電站對外通信由電站架設1條光纜至塔什庫爾干縣城電信局，實現電站對外通信。電站交換機以數字中繼方式接入鞏留縣電信局。

1 計算機監控系統

齊熱哈塔爾水電站計算機監控系統在結構上可分為主控級和單元控制級兩級。

1.1 主控級

主控級是電站實時監控中心，主要負責全廠重要機電設備的實時監視和控制，進行全廠的自動化運行（包括AGC、優化運行、AVC等）、歷史數據處理、系統管理，以及進行全廠的人機對話等。主控級主要硬件設備包括：主計算機2套、操作員工作站2套、工程師/培訓工作站1套；系統調度服務器2套、廠內通信服務器1套、語音報警服務器1套、五防工作站1套、縱向認證加密裝置（硬件隔離）1套；雙星光纖工業以太網網絡連接設備1套（思科公司）；GPS時鐘系統1套；彩色打印機1臺、黑白打印機1臺；上位機不間斷電源2套。

1.2 單元控制級

單元控制級主要負責生產過程的實時數據采集和預處理，控制與調節，以及與上位機的通信聯絡等。設備包括：電站機組現地控制單元3套；開關站現地控制單元1套；公用設備現地控制單元1套；閘門設備現地控制單元1套。

現地控制單元為GE IC695RMX128冗余控制單元，由雙CPU構成，CPU為GE IC695CRU320；并配有液晶觸摸屏，LCU為DCS產品。

1.3 計算機網絡及通信接口

計算機監控系統采用雙星光纖工業以太網，100 MB/s速率。主控級設備與現地LCU設備組成雙星網，每一個現地控制單元接至各自網絡交換機，主控級設備均接自中控室的WS-C3560V2-24TS-S（24電口2光口）網絡交換機。

1.4 計算機監控系統的主要軟件

計算機監控系統的主要應用軟件包括：編程軟件、數據采集及處理軟件、廠內通信服務器軟件、調度通信服務器軟件及應用軟件等。

1.5 計算機監控系統的功能

（1）數據采集與處理。

（2）運行監視、控制調節與操作功能。

（3）記錄、報告與統計制表功能。

（4）語音報警功能。

（5）可編程運行參數計算功能。

（6）自動發電控制（AGC）和自動電壓控制（AVC）。

（7）系統自診斷功能。

（8）軟件開發功能。

（9）全圖形編輯功能。

（10）通信功能。

（11）ON-CALL功能。

（12）電站操作員培訓。

2 控制、測量及信號系統

全廠公用油、氣、水系統采用以可編程控制器PLC為基礎的控制裝置，通過有關自動化元件實現自動控制，各系統的有關狀態量通過PLC輸出后，由公用LCU送入計算機監控系統，其它報警信息由PLC通過RS485上送公用LCU；全廠通風系統設有排、送風機共45臺，設計采用集中與分散相結合的控制方式。

2.1 機組技術供水控制系統

齊熱哈塔爾水電站技術供水系統主要供發電機空氣冷卻器及各部軸承冷卻器等用水。機組技術供水采用尾水取水水泵加壓供水為主用水源，頂蓋自流供水為備用水源。每臺機組設2臺立式離心水泵，2臺水泵互為備用，自動輪換。每臺機組設2臺全自動濾水器，互為備用，可在線自動排污。

每臺機組技術供水控制系統配置1面控制盤和1面啟動盤。屏內裝有PLC控制主機、觸摸屏、控制繼電器、控制電源自動變換裝置、有關輔助器件、電源進線斷路器、電機軟起動器、接觸器設備等，以實現對機組技術供水設備及水泵的“啟/停”控制和保護。

2.2 檢修排水控制系統

檢修排水控制系統設3臺排水泵，其中2臺為“工作”泵，1臺為“備用”泵。當電站需要檢修（初始排水）時，手動啟動2臺排水泵，當排水完成，水位下降到一定位置后轉為自動運行方式，2臺工作、1臺備用，以維持廠內檢修集水井水位在設計范圍內。

檢修排水控制系統配置2塊屏柜。控制屏應能完成這2臺水泵的自動和手動控制及電機保護。

2.3 滲漏排水控制系統

滲漏排水控制系統設2臺排水泵，其中1臺為“工作”泵，另1臺為“備用”泵。設控制屏2臺具有這2臺水泵的自動和手動控制及電機保護功能。

2.4 低壓空壓機控制系統

低壓空壓機控制系統設備設1塊屏，為PLC控制啟動屏，屏內裝有PLC控制主機、操作顯示面板、控制繼電器、控制電源自動變換裝置、有關輔助器件以及電機軟起動器、接觸器和空氣斷路器等啟動設備，以實現對空壓機的啟/停控制。控制屏應提供貯氣罐壓力變送器所需的工作電源。

2.5 中壓空壓機控制系統

中壓空壓機控制系統設備設1塊屏，為PLC控制啟動屏，屏內裝有PLC控制主機、操作顯示面板、控制繼電器、控制電源自動變換裝置、有關輔助器件以及電機軟起動器、接觸器和空氣斷路器等啟動設備，以實現對空壓機的啟/停控制。控制屏應提供貯氣罐壓力變送器所需的工作電源。

2.6 通風控制系統

電站通風系統設有1面集中控制盤和15個現地控制箱，現地控制箱和集中控制柜之間通過工業總線相聯。

控制箱上設置遠程I/O裝置、交流接觸器、繼電器、電動機保護裝置、遠方/現地控制切換開關、風機啟、停按鈕及風機狀態指示燈等附件，完成風機啟停控制、風（煙）閥啟停控制、通風風（煙）閥與風機聯動啟停控制，顯示風機運行狀態、風機故障報警、風機運行時間累計、風（煙）閥啟停狀態、電機電流電壓等信息并上送通風系統集中控制盤。

通風系統集中控制盤設置控制主機完成風機啟停控制、風（煙）閥啟停控制、通風風（煙）閥與風機聯動啟停控制。風機運行狀態、風機故障報警、風機運行時間累計、風（煙）閥啟停狀態、電機電流電壓的監視顯示。通風集中控制柜同時應具有與監控系統和火災自動報警系統連接的數據接口，實現通風系統信息上送計算機監控系統以及風機與火災報警系統聯動。

通風系統集中控制盤、控制箱均采用交流及直流220 V雙路供電，所有閥的直流24 V電源均由控制箱供電。

3 發電機、變壓器范圍內附屬設備

發電機范圍內所有附屬設備在機組發電時，必須全部安裝調試完畢，具備投運條件。

3.1 勵磁系統

1套勵磁系統設備由5面盤柜組成，布置在發電機層下游側每臺機機旁。

3.2 調整器系統

1面電調柜布置在發電機層上游側每臺機機旁；1面機械柜布置在調速器回油箱上，1套調整器油壓裝置控制設備，布置在操作層上游側。

3.3 機旁控制系統

機組附屬設備還包括機組測溫及機械制動盤、機組水力量測盤、機組消防盤、機組在線監測盤、水輪機端子箱、發電機端子箱及其他有關設備等。

3.4 主變壓器附屬設備

1套主變壓器附屬設備包括1個主變端子箱、1個主變消防柜、1個主變消防控制柜及中性點端子箱，均布置在主變附近。

4 繼電保護系統

4.1 發電機保護

發電機保護采用長園深瑞繼保自動化有限公司生產的PRS-785A3型微機成套保護裝置。PRS-785A3型微機保護裝置采用標準32位總線主機構成，雙電源雙CPU硬件結構，冗余設計原則。保護功能在相互獨立的2個CPU中，因此，當個別CPU故障時，不會造成保護功能的消失。

發電機保護按規程配置，包括：發電機差動、發電機低壓過流、失磁、過負荷、定子接地、軸電流保護、定子過電壓保護、逆功率、轉子一點接地保護，勵磁變的速斷及過流在相應的發電機保護中，通過通訊接口RS485可實現與機組LCU的通信。

4.2 變壓器保護

主變壓器采用長園深瑞繼保自動化有限公司生產的PRS-778T2-G型微機成套保護裝置。配有差動及后備保護PRS-778T2-G、本體保護PRS-761A，并帶有主變高壓側操作箱。變壓器保護按規程配置，包括：主變差動、主變間隙、主變零序、主變高壓側后備保護、主變低壓側后備保護、過負荷、瓦斯、油溫度及繞組溫度、壓力釋放及母線低壓側接地保護等。

4.3 母線保護

本電站220 kV采用單母線分段接線方式。220 kV母線采用長園深瑞繼保自動化有限公司生產的BP-2CA-G型微機母線保護裝置。BP-2CA-G型微機母線保護裝置具有失靈保護，以及母聯斷路器的操作箱等。

4.4 母聯保護

本電站220 kV采用單母線分段接線方式。220 kV母線采用長園深瑞繼保自動化有限公司生產的PRS-723A-G型微機母聯保護裝置。PRS-723A-G型微機母聯保護裝置具有母聯充電保護，以及母聯斷路器的操作箱等。

4.5 輸電線路保護

二回220 kV出線（英吉沙變電站和下坂地電站）保護，采用許繼公司的WXH-803A/P/B1/R1型微機光纖縱差保護和WXH-802A高頻距離零序保護，收發信機型號為SF-961A，由許繼公司配套供貨，包括線路縱差保護、完整后備保護及重合閘裝置等。

4.6 故障錄波器

配置故障錄波器盤1面，采用保定浪拜迪電氣股份有限公司的LBD-8000微機型故障錄波器。

4.7 廠變保護

電站10 kV廠用電系統設有13.8/10 kV廠用變3臺，35/10 kV廠用變1臺，35/0.4 kV進水口變壓器1臺，均配有數字式廠用變保護裝置，布置相應10 kV開關柜內，由國電南京自動化股份有限公司供貨。電站10 kV保護動作信號通過RS485接入公用LCU，送入監控系統。

5 直流系統

電站配有兩組600 AH蓄電池組，布置在副廠房第1層蓄電池室內。并配有蓄電池巡檢裝置。直流電源系統共有10面盤柜，其中高頻開關電源盤3面，主負荷盤2面，布置在副廠房1層的直流盤室內。在繼電保護盤室布置1面負荷盤，在GIS室布置1面負荷盤，電站每臺機旁布置1面負荷盤，電站1#機組段發電機層下游側布置1面負荷盤。直流母線采用單母線分段接線。兩段直流母線各帶1組蓄電池，各配1臺高頻電源充電裝置，第3臺高頻電源充電裝置處于備用狀態；在每一面負荷盤上裝有微機絕緣檢測裝置。另配有逆變電源裝置1面，供事故照明使用，布置在副廠房第1層的直流盤室內。

6 通信系統

6.1 站內行政交換機

在電站內部采用容量為160門數字程控用戶交換機1臺，用于電站的生產、生活及行政管理通信。交換機系統設備由浙江大華科技公司提供。布置在副廠房網絡及交換機通信室。

6.2 站內調度交換機

站內設1部96門數字程控調度機完成全廠生產調度和電力系統調度的任務。設備主機、電源等關鍵部件采用冗于配置，提高可靠性。調度交換機系統設備由浙江大華科技公司提供。布置在副廠房網絡及交換機通信室。

6.3 系統通信

電站接入系統通信的主要任務是滿足電站與新疆省調和疆南地調的系統調度電話、水利調度電話、調度自動化等信息傳輸通道的要求。

電站采用以光纖通信為主用，以電力線載波作為備用的通信方式，滿足系統通信的需要。

齊熱哈塔爾水電站采用OPGW光纜與電力系統相連，光纜采用與220 kV電力線路同桿架設的敷設方式。光端設備選用（SDH）OSN3500數字同步傳輸設備。

光傳輸設備由華為公司提供，PCM設備由高科公司提供。布置在副廠房傳輸通信室。

在齊熱哈塔爾水電站—英吉沙變、齊熱哈塔爾水電站—下坂地水電站2條220 kV線路上分別配置1條電力載波通信通道及高頻保護通道。

載波設備由業通達公司提供。布置在副廠房傳輸通信室。

6.4 梯級電站及首部樞紐之間的通信

本電站與上一級電站下坂地電站運行調度關系密切，因此，本電站需與下板地電站建立可靠的梯級通信網絡。同時，作為引水式電站，電站主體需與首部樞紐之間進行通信。

6.5 對外聯絡通信

考慮今后的生產管理需要及生活福利需要，電站內交換機擬以DID方式接入公網。

6.6 視頻監視系統

視頻監控系統設有1個主控站和3個分控站，共有74個各類攝像頭。采用全數字化、高清、網絡化的視頻監控系統，滿足電站無人值班，少人值守的管理需要。

視頻監控成套設備由湖南江河機電公司成套提供，其主要設備包括視頻服務器、攝像頭、顯示器等。

6.7 通信電源

為保證通信暢通，通信交流電源采用經雙回路取自廠用電的不同母線段的交流電源。直流供電的通信設備配置2套直流供電系統，每套選用由150 A通信高頻開關電源（包括直流配電單元和交流配電單元）和2組375 AH免維護蓄電池組成的電源系統浮充供電。

開關電源和蓄電池容量同時考慮了電站內部通信、系統通信以及梯級電站通信的供電需要。在電站內設置1套15 kVA UPS電源，主要為計費系統、調度臺、維護操作系統及站內工業電視系統供電。

電源設備由艾默生提供，布置在副廠房通信電源室。

7結語

新疆齊熱哈塔爾水電站電氣二次及通信系統設計，設計理念先進，達到整個工程的功能要求，系統接入新疆電網滿足電網的各項指標要求，順利通過工程驗收。