貴州省銅仁市大興水利樞紐工程電氣二次設(shè)計

宋連壯 國棟 程曉坤 國佳

1 工程概述

大興水利樞紐工程位于貴州省銅仁市碧江區(qū)和松桃縣境內(nèi)，工程主要任務(wù)為城鄉(xiāng)生活、工業(yè)和灌溉供水，兼顧發(fā)電。主要建筑物包括大壩、泄水建筑物、發(fā)電引水系統(tǒng)、電站廠房、主輸水線路、支線、3 座泵站、管道附屬建筑物等。

大興水電站采用引水式，總裝機容量為5 MW，裝機2 臺，采用擴大單元接線；設(shè)1 臺主變壓器，容量為6 300 kVA，經(jīng)1回35 kV線路至一級泵站，35 kV采用變壓器線路組接線。

一級泵站共裝設(shè)4 臺單機容量為1 800 kW 水泵電機。電動機采用10 kV 供電，變頻啟動調(diào)速運行。泵站設(shè)3 回35 kV 電源進線，1 回來自大興水電站，2 回引自尖巖110 kV 變電站。設(shè)主變壓器2臺，容量為16 MVA。

二級泵站共裝設(shè)4 臺單機容量為1 600 kW 水泵電機。電動機采用10 kV 供電，電機采用軟啟動方式啟動。泵站2 回10 kV 電源進線采用單母線分段接線形式。

三級泵站共裝設(shè)3 臺單臺容量200 kW 水泵電機，電動機采用0.4 kV 供電，泵站1 回10 kV 進線，0.4 kV 側(cè)采用單母線接線形式，設(shè)1 臺主變，容量為630 kVA。

工程監(jiān)控系統(tǒng)按照無人值班（少人值守）設(shè)計。根據(jù)工程布置及管理運行方案設(shè)置調(diào)度集控中心，完成整個工程的調(diào)度監(jiān)控功能，各泵站及電站設(shè)置站級控制設(shè)備實現(xiàn)各泵站及電站獨立運行功能。

2 計算機監(jiān)控系統(tǒng)

結(jié)合大興水利樞紐工程站點布置位置以及各站間供電系統(tǒng)的相互關(guān)系，工程調(diào)度集控中心選定在一級泵站。在一級泵站中控室完成整個工程的集控功能及泵站梯級調(diào)度功能。從避免設(shè)備重復(fù)配置及簡化調(diào)度運行流程的角度考慮，工程采用由一級泵站的站控級監(jiān)控設(shè)備兼具調(diào)度集控中心的調(diào)度控制功能，系統(tǒng)采用分層分布式，包括調(diào)度集控級、泵（電）站控制級及現(xiàn)地級。

2.1 調(diào)度集控級

調(diào)度集控級主要監(jiān)控對象包括：泵站水泵電動機組、電站水輪發(fā)電機組、中低壓開關(guān)設(shè)備、各站公用及輔助設(shè)備、大壩液壓閘門、輸水沿線末端電動閥門及量測設(shè)備等。

主要功能如下：數(shù)據(jù)采集和存儲；控制和調(diào)節(jié)；狀態(tài)顯示與報警；語音報警及ON-CAII；水量和流量平衡控制；經(jīng)濟運行；故障事故分析與處理；培訓(xùn)功能。

調(diào)度集控中心通過調(diào)度員工作站可實現(xiàn)對工程范圍內(nèi)主要機電設(shè)備的集中控制和監(jiān)視及輸水量的調(diào)度，可根據(jù)輸水調(diào)度要求的輸水量，在維持整個輸水線路的輸水量和前池水位基本平衡的情況下，并考慮沿線水工建筑物的水位等相關(guān)限制條件，確定各泵站開/停機的臺數(shù)以及機組的轉(zhuǎn)速。調(diào)度集控中心及各站間通信將利用通信系統(tǒng)設(shè)置的通信傳輸通道。

計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上采用的環(huán)形光纖工業(yè)以太網(wǎng)。站與站之間采用光纜連接，通過通信光纜構(gòu)建可靠的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，各站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)也采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保證了信息傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

調(diào)度集控中心與各站之間監(jiān)控系統(tǒng)主通信通道采用架空與直埋相結(jié)合的光纜敷設(shè)方式。一級泵站至水電站、二級泵站、三級泵站均有架空線路，通信通道采用隨電力線敷設(shè)的OPGW/OPPC 光纜，在無架空線的末端調(diào)流閥室采用直埋光纜方式，輸水沿線流量監(jiān)視采用無線傳輸方式。如圖1 所示。

圖1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 泵（電）站控級

泵站及電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，均采用分層分布式，采用環(huán)型光纖工業(yè)以太網(wǎng)。一級泵站中控室設(shè)置主計算機2 臺、調(diào)度員工作站2 臺、遠動通信服務(wù)器2 臺、站內(nèi)通信服務(wù)器1 臺、語音報警服務(wù)器1 臺、工程師站1 臺、五防工作站1 套、局域網(wǎng)交換機1 臺、對時系統(tǒng)1 套及UPS 電源等設(shè)備，通過調(diào)度員工作站除可實現(xiàn)對工程范圍內(nèi)主要設(shè)備的集中控制和監(jiān)視及輸水量的調(diào)度，同時對一級泵站主要設(shè)備的集中控制和監(jiān)視。

二、三級泵站及電站中控室均設(shè)置操作員工作站2 臺、站內(nèi)通信服務(wù)器1 臺、語音報警服務(wù)器1臺、局域網(wǎng)交換機1 臺、對時系統(tǒng)1 套、模擬屏及UPS 電源等設(shè)備，在中控室通過操作員工作站可實現(xiàn)對二、三級泵站及電站主要設(shè)備的集中控制和監(jiān)視，并接受調(diào)度集控級的監(jiān)控。

2.3 現(xiàn)地級

大興水利樞紐工程現(xiàn)地級主要設(shè)備配置：一、二級泵站均設(shè)置4 套泵組LCU、1 套開關(guān)站及公用設(shè)備LCU。三級泵站設(shè)置1 套泵組LCU（3 臺泵組共用）、1 套開關(guān)站及公用設(shè)備LCU、1 個大興科技園調(diào)流閥RTU。電站設(shè)置2 套機組LCU、1 套開關(guān)站及公用設(shè)備LCU、1 套大壩LCU。

機組出口和35 kV 斷路器設(shè)為同期點，分別在機組LCU 和開關(guān)站及公用設(shè)備LCU 各設(shè)1 套同期裝置完成同期檢測。

2.4 輔機及公用設(shè)備控制系統(tǒng)

大興水利樞紐工程輔機及公用設(shè)備控制系統(tǒng)主要設(shè)備配置：一、二級泵站均設(shè)置1 套技術(shù)供水啟動控制盤、1 面初揚水啟動控制盤、1 面滲漏檢修排水啟動控制盤、1 套原水池供水泵啟動控制盤、1 套消防水池供水泵啟動控制盤。三級泵站設(shè)置1面初揚水啟動控制盤、1 面滲漏檢修排水啟動控制盤、1 套消防水池供水泵啟動控制盤。水電站設(shè)置1 套低壓空壓機集控柜、1 套主廠房滲漏檢修排水啟動控制盤、1 套原水池供水泵啟動控制盤。1 套消防水池供水泵啟動控制盤。泵站及電站均設(shè)置1套通風(fēng)控制系統(tǒng)。

泵站及電站機（泵）組輔助設(shè)備及公用設(shè)備控制盤（箱）均布置在各設(shè)備附近，控制盤均采用PLC控制，并可通過監(jiān)控系統(tǒng)公用LCU 將設(shè)備信息上送計算機監(jiān)控系統(tǒng)，在監(jiān)控系統(tǒng)上位機實現(xiàn)各設(shè)備的遠程監(jiān)視功能。

2.5 大壩及輸水閥室

大壩溢流堰設(shè)1 孔弧形工作閘門，弧門啟閉采用液壓式啟閉機，采用PLC 控制設(shè)備，配置控制設(shè)備1 套，采用現(xiàn)地手動/自動和遠方控制方式，閘門控制設(shè)備通過大壩LCU 接入到電站監(jiān)控系統(tǒng)。

輸水沿線主管線閥門均為電動檢修閥，閥門采用移動柴油機供電。在輸水管線末端設(shè)置1 個科技園調(diào)流閥室，調(diào)流閥室設(shè)置1 套調(diào)流閥RTU，通過光纖接入到三級泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

3 繼電保護系統(tǒng)

3.1 泵站繼電保護系統(tǒng)

3.1.1 一級泵站

一級泵站繼電保護設(shè)備包括：3 套35 kV 線路保護、2 套 10 kV 線路保護、1 套 35 kV 母線保護、2 套主變壓器保護、1 套10 kV 母聯(lián)保護、1 套35 kV 站變保護、3 套低壓站用變壓器保護及1 套故障錄波裝置等。繼電保護設(shè)備均采用微機型繼電保護裝置。

35 kV 線路保護配置光纖差動保護、過電流保護、過負荷保護，2 回尖巖變線路保護任1 回保護跳閘，需聯(lián)切本35 kV 水電站進線。35 kV 母線保護配置母線差動保護、過電流保護、零序電流保護、過負荷保護等。

主變壓器保護配置包括：縱聯(lián)差動保護、過電流保護、過負荷保護以及變壓器本體瓦斯、變壓器溫度保護、油位異常保護等。

35 kV 站變保護保護配置為：限時速斷保護、過流保護及溫度保護。

根據(jù)當(dāng)?shù)仉娏Σ块T要求，一級泵站配置1 套故障錄波裝置，記錄分析線路故障情況。

10 kV 線路保護配置為：線路電流速斷保護、過流保護、零序電流保護及過負荷保護等。至機修間、壩上、低壓站變保護配置為：限時速斷保護、過流保護及溫度保護。10 kV 母聯(lián)保護配置限時速斷保護及過流保護。

3.1.2 二級泵站

二級泵站繼電保護設(shè)備包括：2 套10 kV 線路保護、4 套1 600 kW 異步電動機保護、2 套站用變壓器保護及1 套10 kV 母聯(lián)保護等。繼電保護設(shè)備均采用微機型繼電保護裝置。

10 kV 線路保護配置為：線路電流速斷保護、過流保護、線路零序電流保護及線路過負荷保護；異步電動機保護配置為：電動機電流速斷保護、單相接地保護、定子過負荷保護、低電壓保護；站變保護配置為：限時速斷保護、過流保護、溫度保護；10 kV 母聯(lián)保護配置限時速斷保護及過流保護。

3.1.3 三級泵站

三級泵站繼電保護設(shè)備包括：2 套10 kV 線路保護、1 套主變壓器保護等。繼電保護設(shè)備均采用微機型繼電保護裝置。

10 kV 線路保護配置為：線路電流速斷保護和過流保護、線路零序電流保護、線路過負荷保護。變壓器保護配置為：限時速斷保護、過流保護、溫度保護。

3.1.4 傳輸

繼電保護系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)通信采用標(biāo)準(zhǔn)的IEC-103 規(guī)約。

3.2 水電站繼電保護系統(tǒng)

水電站繼電保護設(shè)備包括：1 套35 kV 線路保護、1 套主變壓器保護、2 套發(fā)電機保護、2 套廠用變壓器保護等。繼電保護設(shè)備均采用微機型繼電保護裝置。

35 kV 線路保護采用光纖差動保護、過電流保護、過負荷保護。

主變壓器保護配置為：變壓器的縱差動保護、變壓器過電流保護、變壓器過負荷保護、變壓器本體的瓦斯保護、變壓器溫度保護、變壓器壓力釋放保護、油位異常保護。

發(fā)電機保護配置為：差動保護為主保護、定子接地保護、帶電流記憶的低壓過電流保護，帶時限動作于信號、過電壓保護、定子過負荷保護、轉(zhuǎn)子一點接地保護、失磁保護、勵磁變限時速斷保護、勵磁變過流保護、勵磁變溫度保護，帶時限動作于信號。

站變保護配置為：限時速斷保護、過流保護、溫度保護。

根據(jù)當(dāng)?shù)仉娏Σ块T要求，電站配置1 套低頻低壓解列及高頻切機裝置，

水電站繼電保護系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)通信采用標(biāo)準(zhǔn)的IEC-103 規(guī)約。

4 直流電源系統(tǒng)

根據(jù)大興水利樞紐工程電站及泵站的布置，本工程共設(shè)置4 套220 V 直流電源系統(tǒng)，作為站內(nèi)控制、保護及斷路器控制電源，泵站及水電站各設(shè)置1 套直流電源系統(tǒng)。其中一級泵站作為工程調(diào)度控制中心，配置2 組固定閥控式鉛酸蓄電池，容量為300 Ah，并配2 套高頻開關(guān)式充電裝置和配電設(shè)備。二級泵站、三級泵站及電站各配置1 組固定閥控式鉛酸蓄電池，容量均為300 Ah，并配置1 套高頻開關(guān)式充電裝置和配電設(shè)備。

5 水電站勵磁系統(tǒng)

水電站發(fā)電機勵磁采用自并勵磁方式，設(shè)備包括：勵磁變壓器、可控硅整流裝置、微機型勵磁調(diào)節(jié)器、滅磁回路及過電壓保護等。

勵磁調(diào)節(jié)器采用微機型，具有手動和自動調(diào)節(jié)通道，同時自動調(diào)節(jié)通道具有完全獨立的雙通道調(diào)節(jié)功能。

6 水電站調(diào)速系統(tǒng)

水電站調(diào)速器設(shè)備主要包括：電氣柜及機械液壓柜、電氣反饋裝置、油壓裝置、調(diào)速器內(nèi)外閥件、保護、控制和信號裝置、儀表等。調(diào)速器電調(diào)部分采用微機型電氣液壓調(diào)試器，具有PID 調(diào)節(jié)規(guī)律，采用可編程控制調(diào)節(jié)器。

大興水電站調(diào)速器電氣柜、機械液壓柜和油壓裝置及油壓裝置的控制箱為一體化設(shè)置，布置在機旁。

7 計量及測量系統(tǒng)

根據(jù)相關(guān)規(guī)定和電力系統(tǒng)的要求配置計量儀表，表計安裝在計量表盤內(nèi)。其中一級泵站設(shè)置計量盤2 面，水電站設(shè)置計量盤1 面，二、三級站計量表裝在開關(guān)站及公用LCU 盤內(nèi)。一級泵站及電站各配置1 套電能采集裝置，分別布置在計量盤內(nèi)。

按照相關(guān)規(guī)程規(guī)范以及當(dāng)?shù)仉娏Σ块T對遙測信息的需求，各站均配置綜合測量裝置進行數(shù)據(jù)采集，裝置布置在各電壓等級開關(guān)柜內(nèi)，信號采用MODBUS 協(xié)議送入計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

8 設(shè)備布置

電氣二次設(shè)備主要布置在泵站或水電站主廠房機旁、副廠房。主廠房機旁主要布置泵組（機組）LCU 盤、勵磁系統(tǒng)盤、保護盤柜、測溫制動屏等。泵站（電站）的副廠房二層布置有控制室、繼電保護室、通信室、蓄電池室、交接班室等。中控室設(shè)置控制臺、調(diào)度（操作員）工作站、工程師站、五防工作站、模擬屏等。繼保室主要布置線路保護盤、主變保護盤、故障錄波盤、直流系統(tǒng)盤、UPS 電源盤、網(wǎng)絡(luò)柜等。蓄電池室主要布置蓄電池組、電池巡檢裝置等設(shè)備。其余各站輔機控制設(shè)備均布置在設(shè)備旁。

9 結(jié) 語

本工程含發(fā)電工程及輸水工程，設(shè)計人員根據(jù)工程布置以及運行需求，在一級泵站設(shè)計調(diào)度集控中心，實現(xiàn)工程遠方集控及泵站供水的聯(lián)合調(diào)度，同時，由于水電站發(fā)電是經(jīng)一級泵站線路上送電網(wǎng)，因此，為調(diào)度集控中心兼顧工程水電站的發(fā)電控制提供了便利條件，為工程實現(xiàn)水電站及泵站“無人值班、無人值守”運行提供了有利的條件。