大唐東升水電站電氣二次設(shè)計(jì)綜述

周廣鈺

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)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(jī)5臺(tái)(4×8 MW+1×1 MW)，總裝機(jī)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(yùn)行，對(duì)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(jī)—變組合采用2個(gè)擴(kuò)大單元接線(2+3)，5臺(tái)機(jī)組分別經(jīng)2臺(tái)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(dòng)控制

1.1 電站調(diào)度自動(dòng)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與牡丹江地調(diào)聯(lián)網(wǎng)，其調(diào)度自動(dòng)化信息分別直送黑龍江省調(diào)和牡丹江地調(diào)，實(shí)現(xiàn)電站遠(yuǎn)動(dòng)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電站的控制、測(cè)量、信號(hào)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(jì)。系統(tǒng)由主控級(jí)(電站控制級(jí))和現(xiàn)地控制級(jí)組成分布式系統(tǒng)，主控級(jí)和現(xiàn)地控制級(jí)采用交換式雙以太網(wǎng)通信。局域網(wǎng)按IEEE802.3設(shè)計(jì)，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(jí)由2套主機(jī)/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(bào)表及語音報(bào)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(shí)時(shí)監(jiān)控中心，負(fù)責(zé)全站的自動(dòng)化功能(開停機(jī)自動(dòng)流程控制、AGC、AVC等)，歷史數(shù)據(jù)處理(事故分析處理，各種運(yùn)行報(bào)表、重要設(shè)備的運(yùn)行檔案、各種運(yùn)行參數(shù)特征值等)及全站的人機(jī)對(duì)話(全站設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視、事故和故障報(bào)警，對(duì)運(yùn)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(jī)LCU 5套，升壓站及公用LCU 1套，泄洪閘門LCU 1套)。發(fā)電機(jī)LCU主要完成數(shù)據(jù)采集處理、機(jī)組監(jiān)控及保護(hù)、調(diào)速器和勵(lì)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(jī)系統(tǒng)、技術(shù)供水泵、水力監(jiān)測(cè)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(chǎng)總線與各閘門啟閉機(jī)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(hào)和故障信號(hào)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)，與電廠控制級(jí)進(jìn)行通信，并按電廠控制級(jí)的命令完成對(duì)所有被控對(duì)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(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式采用自并激靜止可控硅整流勵(lì)磁。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用微機(jī)型雙通道雙容錯(cuò)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，強(qiáng)勵(lì)頂值倍數(shù)為1.8倍。起勵(lì)電源采用殘壓起勵(lì)及以直流220 V作為備用的方式?？煽毓韫β使癫捎萌嗳貥蚪泳€。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器具備與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組LCU的通信接口，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)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(jì)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(dòng)裝置，并全部采用微機(jī)型裝置。

1)發(fā)電機(jī)配置的保護(hù):縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)(記憶)，失磁保護(hù)，定時(shí)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(diǎn)接地保護(hù)。

2)主變壓器配置的保護(hù):縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，復(fù)合電壓起動(dòng)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(dòng)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(dòng)重合閘裝置等，以滿足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的要求。

3 二次接線

3.1 二次接線系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

電站機(jī)組調(diào)速器油壓裝置、低壓空壓機(jī)、機(jī)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(cè)、測(cè)量的原則配置。

測(cè)量與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一考慮設(shè)置。根據(jù)《電測(cè)量及電能計(jì)量裝置設(shè)計(jì)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(cè)儀表作為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和備用監(jiān)視表計(jì)外，需要集中監(jiān)測(cè)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(jí)記錄、顯示和打印。

3.3 同期系統(tǒng)

同期裝置與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一考慮設(shè)置。發(fā)電機(jī)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(diǎn)。發(fā)電機(jī)出口斷路器采用(單對(duì)象)自動(dòng)準(zhǔn)同期方式，另設(shè)手動(dòng)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(duì)象)自動(dòng)準(zhǔn)同期方式。

3.4 信號(hào)系統(tǒng)

東升電站不設(shè)常規(guī)中央音響信號(hào)系統(tǒng)，電站事故及故障信號(hào)均由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)語音報(bào)警裝置和操作員工作站顯示器進(jìn)行報(bào)警和顯示?，F(xiàn)地控制保護(hù)設(shè)備配置信號(hào)燈或顯示裝置以提供現(xiàn)地信號(hào)，現(xiàn)地設(shè)備信號(hào)以繼電器無源接點(diǎn)或計(jì)算機(jī)通信方式上送計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)監(jiān)控(上位)系統(tǒng)以及勵(lì)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(yùn)行，采用微機(jī)監(jiān)控儀完成充、放電控制，母線絕緣監(jiān)測(cè)、各饋電支路絕緣監(jiān)測(cè)、電池容量監(jiān)測(cè)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(dòng)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(duì)全廠各重要生產(chǎn)部位進(jìn)行直觀的實(shí)時(shí)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(shí)直接調(diào)出事故現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)行，為實(shí)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(diǎn)，電視監(jiān)控系統(tǒng)采用分層式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)分為控制級(jí)和現(xiàn)地級(jí)。系統(tǒng)按監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備布置位置劃分為電站和大壩兩個(gè)分區(qū)。其中電站分區(qū)包含15個(gè)監(jiān)視站點(diǎn)，大壩分區(qū)包含13個(gè)監(jiān)視站點(diǎn)。

布置在電站和大壩兩個(gè)分區(qū)內(nèi)的各個(gè)攝像機(jī)的視頻和控制信號(hào)利用電纜各自分別傳輸至電站計(jì)算機(jī)室和泄水閘集控室的現(xiàn)地級(jí)設(shè)備(嵌入式數(shù)字硬盤錄像機(jī))，通過各自分區(qū)內(nèi)的數(shù)字硬盤錄像機(jī)實(shí)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(jí)設(shè)備(視頻工作站)，實(shí)現(xiàn)圖像監(jiān)控和管理。

控制級(jí)與現(xiàn)地級(jí)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(jī)相連接，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率為100 Mbps，采用TCP/IP協(xié)議?？刂萍?jí)與電站現(xiàn)地級(jí)傳輸介質(zhì)為雙絞線;控制級(jí)與大壩現(xiàn)地級(jí)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(jī)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(yùn)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(shí)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(shí)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(duì)于當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)安全運(yùn)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(jì)時(shí)，采用了當(dāng)前國內(nèi)最先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)計(jì)理念，選用了目前市場(chǎng)主流的、先進(jìn)且成熟的計(jì)算機(jī)監(jiān)控、微機(jī)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(shí)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(dòng)化水平，使電站運(yùn)行更加安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效，在地區(qū)電力市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力大為提高。

東升水電站目前正在施工，預(yù)計(jì)2013年底竣工投產(chǎn)，我們期待著該電站能夠全面實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，盡快發(fā)揮效益。

［1］水利部水電局.水電政［2005］40號(hào).農(nóng)村水電自動(dòng)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(cè)設(shè)計(jì)研究院.水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.DL/T 5065—2009水力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(cè)設(shè)計(jì)研究院.DL/T 5081—1997水力發(fā)電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.北京:中國電力出版社，1997.