水電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造安裝與調(diào)試方法

趙 恒

（中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川成都 611830）

水電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安裝質(zhì)量與調(diào)試質(zhì)量會(huì)對(duì)水電站交付運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的穩(wěn)定性造成直接性的影響。水電站是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)，需要諸多機(jī)械設(shè)備、控制系統(tǒng)相互配合才能夠保證穩(wěn)定運(yùn)行。結(jié)合實(shí)際情況而言，不同的電氣設(shè)備的運(yùn)行原理、安裝方式、調(diào)試方法存在較大的差異性。所以，需保證技術(shù)管理人員對(duì)水電站內(nèi)安裝的各種電氣設(shè)備有透徹的了解，并熟悉每一種設(shè)備安裝、調(diào)試的方法，面對(duì)水電站運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各種影響因素可以采取合理的措施良好處理，以保證水電站能夠穩(wěn)定的運(yùn)行。

1 工程概況

某地區(qū)的水電站已交付運(yùn)營(yíng)多年，該水電站是借助區(qū)域內(nèi)的水庫(kù)涵管引水向地區(qū)供應(yīng)電能。水電站是由高、低干渠電站共同構(gòu)成。低干渠電站是水電站的主要發(fā)電站，站房?jī)?nèi)的裝機(jī)容量是2×10000 kW；高干渠電站主要是為農(nóng)業(yè)灌溉、廠(chǎng)房提供備用電源，站房?jī)?nèi)的裝機(jī)容量是2×125 kW。該水電站建成已久，因當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件有限，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)與保護(hù)系統(tǒng)比較落后，系統(tǒng)控制采用的還是傳統(tǒng)式的手動(dòng)操作方式，顯然這種控制方式根本無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代化電網(wǎng)技術(shù)的要求，所以運(yùn)營(yíng)單位決定對(duì)該水電站進(jìn)行自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造。改造的內(nèi)容主要是涉及：保護(hù)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、高低壓控制柜、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)，等等。

2 水電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造安裝

2.1 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)

該水電站中的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成非常簡(jiǎn)單，是由1套線(xiàn)路保護(hù)屏（規(guī)格為110 kV）、2套發(fā)電機(jī)保護(hù)屏、1套廠(chǎng)變保護(hù)屏（規(guī)格為10.5 kV）構(gòu)成。保護(hù)屏、控制柜的安裝順序?yàn)椋菏┕で暗臏?zhǔn)備工作→開(kāi)挖基礎(chǔ)、安裝基座→確定安裝部位，并安裝屏柜→固定屏柜→質(zhì)量驗(yàn)收。

具體的細(xì)節(jié)，在安裝之前，將屏柜運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，盡量不要產(chǎn)生二次運(yùn)輸；對(duì)屏柜的外觀(guān)質(zhì)量進(jìn)行檢查，保證屏柜不存在破損、位移、損壞現(xiàn)象。利用吊車(chē)將屏柜吊放至槽鋼基礎(chǔ)上，然后對(duì)屏柜安裝位置進(jìn)行調(diào)整，確保安裝位置足夠精準(zhǔn)，在確認(rèn)安裝位置無(wú)誤后使用螺栓進(jìn)行加固。而后，對(duì)屏柜進(jìn)行接地處理，使用專(zhuān)用接地銅排進(jìn)行接地連接，這樣可以保證接地連接的可靠性，柜門(mén)的接地電阻應(yīng)該控制在4 Ω以?xún)?nèi)。盤(pán)面需保證一目了然，對(duì)各個(gè)線(xiàn)路作出標(biāo)識(shí)，柜內(nèi)的元器件綁扎牢固。設(shè)備調(diào)試工作是以設(shè)備完成安裝為前提。在設(shè)備通電之前，對(duì)設(shè)備的各個(gè)構(gòu)件性能進(jìn)行測(cè)試[1]。

2.2 工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

該水電站的工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是由圖像監(jiān)控器、固定攝像機(jī)、移動(dòng)式攝像機(jī)、視頻機(jī)柜、監(jiān)控主機(jī)構(gòu)成。在安裝監(jiān)控系統(tǒng)之前，施工人員需對(duì)設(shè)計(jì)圖紙有全面的了解。了解的內(nèi)容主要包括：設(shè)備型號(hào)、安裝位置、安裝數(shù)量、調(diào)試設(shè)備、輔助器材等，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需要配備可供調(diào)試的移動(dòng)電源。監(jiān)控系統(tǒng)的安裝順序?yàn)椋壕€(xiàn)路敷設(shè)→安裝攝像機(jī)支架→安裝攝像機(jī)→安裝監(jiān)控設(shè)備。系統(tǒng)調(diào)試的流程為：設(shè)備性能測(cè)試→各子系統(tǒng)調(diào)試→系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)調(diào)試。設(shè)備性能檢測(cè)是在安裝設(shè)備之前完成的一項(xiàng)工作內(nèi)容，根據(jù)設(shè)備的使用說(shuō)明書(shū)對(duì)設(shè)備的性能進(jìn)行檢查。假如設(shè)備安裝完成后發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，則可能需要將設(shè)備拆除下來(lái)再進(jìn)行檢修，這無(wú)疑會(huì)導(dǎo)致調(diào)試作業(yè)的進(jìn)度受到影響，所以必須在設(shè)備安裝之前對(duì)其性能進(jìn)行檢查。

2.3 屏柜搬運(yùn)、就位、調(diào)整、固定

在安裝屏柜之前，管理人員應(yīng)該對(duì)施工班組提前進(jìn)行施工技術(shù)交底、安全作業(yè)交底，明確指出各方主體的具體職責(zé)，確定設(shè)備運(yùn)輸?shù)穆肪€(xiàn)。提前將可能會(huì)對(duì)安裝作業(yè)造成影響的門(mén)窗拆除，待屏柜全部安裝完成以后再將其恢復(fù)原樣。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙的要求將屏柜安放在型鋼基座上，工人配合機(jī)械的方式對(duì)屏柜的位置進(jìn)行調(diào)整，使其位置與設(shè)計(jì)圖紙保持一致。屏柜安裝應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：屏柜的正面垂直度偏差不得超過(guò)其自身高度的0.15%，相鄰的兩塊屏連接部位的平面度偏差控制在1 mm 以?xún)?nèi)；假若屏柜連接部位的數(shù)量超過(guò)5處時(shí)，連接部位的正面平整度控制在5 mm以?xún)?nèi)；屏柜之間的間距不得超過(guò)2 mm，相鄰兩塊屏的上側(cè)水平度不得超過(guò)3 mm[2]。

2.4 二次電纜敷設(shè)、接線(xiàn)

該水電站中的電纜是借助橋架進(jìn)行分層敷設(shè)。由上而下敷設(shè)的順序依次為：動(dòng)力電纜、控制電纜、屏幕電纜、電源電纜。在電纜敷設(shè)之前，施工人員需提前將電纜槽、支架清理干凈，并對(duì)以上幾種電纜進(jìn)行檢查，保證電纜的外觀(guān)質(zhì)量符合規(guī)范要求，不得出現(xiàn)破損現(xiàn)象。電纜的規(guī)格、型號(hào)必須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，并嚴(yán)格遵守電纜敷設(shè)流程，如圖1所示。電纜敷設(shè)的順序按照自上向下的順序分層進(jìn)行敷設(shè)。同一層內(nèi)的支架上敷設(shè)的電纜，其直徑盡量保持一致，否則會(huì)對(duì)電纜敷設(shè)的外觀(guān)質(zhì)量造成一定的影響。支架、轉(zhuǎn)角部位、分線(xiàn)部位、保護(hù)管的兩側(cè)、端子排15～30 cm 部位，應(yīng)該使用扎帶進(jìn)行綁扎固定，保證電纜不會(huì)出現(xiàn)起拱現(xiàn)象。電纜綁扎應(yīng)該保持統(tǒng)一效果，扎帶綁扎的間距應(yīng)該符合規(guī)范要求。電纜頭纏繞的膠帶顏色應(yīng)該保持一致，熱縮管的長(zhǎng)度應(yīng)該保持一致，控制電纜可以使用銅帶進(jìn)行包裹，屏蔽層需要按照標(biāo)準(zhǔn)要求作接地處理。屏柜內(nèi)部的電纜敷設(shè)放線(xiàn)需保持一致，排列整齊，不得出現(xiàn)雜亂無(wú)章現(xiàn)象。接線(xiàn)過(guò)程中，單股線(xiàn)芯應(yīng)該隨著螺母旋轉(zhuǎn)的方向進(jìn)行纏繞，多股線(xiàn)芯則應(yīng)該沿著壓線(xiàn)進(jìn)行纏繞，然后與端子排進(jìn)行連接，連接完成以后使用螺栓進(jìn)行加固處理[3]。

圖1 電纜敷設(shè)流程

2.5 防火封堵、蓋板

當(dāng)電纜全部敷設(shè)完成以后，施工人員可以開(kāi)始進(jìn)行蓋板、防火封堵施工。防火封堵的間隔部位需要設(shè)置防火隔斷板、隔斷墻。電纜槽口、豎井口部位需要設(shè)置蓋板。前期預(yù)留的屏位孔使用鋼板進(jìn)行覆蓋處理，保證覆蓋足夠密實(shí)。屏柜底部與電纜孔、孔洞使用防火密封膠作封堵處理。電纜槽口、端子箱的入線(xiàn)口與出線(xiàn)口、電纜溝交接部位、高壓配電箱分段連接部位、入戶(hù)槽口、配電室入口部位、預(yù)留孔部位，全部需要采取防火封堵處理。

2.6 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)細(xì)分為站控層、隔斷層、過(guò)程層。其中，站控層包括：工程師處理站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)站、打印機(jī)、顯示屏、操作站等等。隔斷站包括：GPS 監(jiān)控屏、溫度控制屏、電量計(jì)量屏、測(cè)量控制屏等等。過(guò)程層包括：電流傳感器、電壓傳感器、一次性設(shè)備等等。隔斷層與過(guò)程層的網(wǎng)絡(luò)均是使用局域網(wǎng)。監(jiān)控系統(tǒng)的電源需要配備UPS 不間斷設(shè)備。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的安裝順序?yàn)椋呵捌诘氖┕?zhǔn)備工作→隔斷層、站控層內(nèi)的設(shè)備安裝→隔斷層、站控層的線(xiàn)路敷設(shè)→各種設(shè)備連接→電源檢查與安裝→防雷接地裝置檢查、安裝→計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試→安裝質(zhì)量驗(yàn)收。系統(tǒng)調(diào)試環(huán)節(jié)相對(duì)比較重要，其會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀況造成顯著的影響，所以操作人員必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行調(diào)試，且調(diào)試過(guò)程中需采取必要的保護(hù)措施。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試的內(nèi)容主要涵蓋：管線(xiàn)檢查、設(shè)備通電狀況、試運(yùn)行狀況、系統(tǒng)功能檢查、外部接口檢查、聯(lián)動(dòng)檢查、靜態(tài)試驗(yàn)、模擬試驗(yàn)、通信調(diào)試、聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)，等等。

設(shè)備通電應(yīng)該逐個(gè)進(jìn)行檢查，啟動(dòng)每一個(gè)設(shè)備。拷機(jī)持續(xù)的時(shí)間為72 h，中途不得間斷。外部接口調(diào)試需針對(duì)每一個(gè)LCU 的I/O 接口、DI/DO 量、模擬量輸入信號(hào)、輸出信號(hào)、溫度指數(shù)等。聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)是操作人員站點(diǎn)單向發(fā)送指令，與局域網(wǎng)中的LCU 進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。靜態(tài)試驗(yàn)其實(shí)就是無(wú)水試驗(yàn)，而動(dòng)態(tài)試驗(yàn)則是指有水試驗(yàn)[4]。

3 電氣設(shè)備控制系統(tǒng)的調(diào)試

3.1 自動(dòng)化儀表的調(diào)試

為了確保自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以獲取到精準(zhǔn)的技術(shù)參數(shù)，在實(shí)際安裝電氣設(shè)備的過(guò)程中，應(yīng)該優(yōu)先選擇使用高精準(zhǔn)度、高科技含量的測(cè)試儀表設(shè)備。操作人員在對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)化儀表進(jìn)行調(diào)試過(guò)程中，應(yīng)先檢測(cè)電纜、自動(dòng)化儀表兩側(cè)的線(xiàn)路，而后開(kāi)始安裝傳感器，由此調(diào)試作業(yè)完成。最后，對(duì)自動(dòng)化儀表的通信信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，確定其是否存在信號(hào)失真現(xiàn)象。結(jié)合實(shí)際情況而言，線(xiàn)路敷設(shè)、信號(hào)屏蔽與傳感器的運(yùn)行質(zhì)量存在緊密的關(guān)聯(lián)性，安裝的質(zhì)量高，則自動(dòng)化儀表出現(xiàn)信號(hào)失真的可能性也會(huì)隨之減小。

3.2 保護(hù)裝置的調(diào)試

保護(hù)裝置調(diào)試作業(yè)的內(nèi)容主要涉及：電氣設(shè)備保護(hù)裝置、接地保護(hù)裝置、避雷保護(hù)裝置等裝置的調(diào)試，檢測(cè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)際效能是否滿(mǎn)足預(yù)期的效果。當(dāng)避雷保護(hù)方式、避雷保護(hù)裝置確定以后，根據(jù)水電站分布的地理位置，判斷出選擇哪種接地方式。除此之外，為了提高避雷保護(hù)裝置的安全性，操作人員還應(yīng)該采取必要的深埋措施。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，水電站的建設(shè)對(duì)于我國(guó)電力能源的供應(yīng)具有重大價(jià)值意義，由于以往的技術(shù)條件受限，導(dǎo)致水電站運(yùn)行效率及穩(wěn)定性無(wú)法得到保證，在這種情況下，配備電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可以有效保證水電站穩(wěn)定運(yùn)行。文中對(duì)某水電站的自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造工程展開(kāi)深入、全面的研究分析，著重對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安裝、調(diào)試進(jìn)行介紹，結(jié)合實(shí)際存在的問(wèn)題，提出科學(xué)合理的優(yōu)化建議。