水電站電氣自動化控制系統(tǒng)改造安裝與調(diào)試方法

趙 恒

（中國水利水電第十工程局有限公司，四川成都 611830）

水電站電氣自動化控制系統(tǒng)的安裝質(zhì)量與調(diào)試質(zhì)量會對水電站交付運營過程中的穩(wěn)定性造成直接性的影響。水電站是一個相對復雜的系統(tǒng)，需要諸多機械設(shè)備、控制系統(tǒng)相互配合才能夠保證穩(wěn)定運行。結(jié)合實際情況而言，不同的電氣設(shè)備的運行原理、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，面對水電站運行過程中出現(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)定的運行。

1 工程概況

某地區(qū)的水電站已交付運營多年，該水電站是借助區(qū)域內(nèi)的水庫涵管引水向地區(qū)供應電能。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，站房內(nèi)的裝機容量是2×10000 kW；高干渠電站主要是為農(nóng)業(yè)灌溉、廠房提供備用電源，站房內(nèi)的裝機容量是2×125 kW。該水電站建成已久，因當時的技術(shù)條件有限，導致監(jiān)控系統(tǒng)與保護系統(tǒng)比較落后，系統(tǒng)控制采用的還是傳統(tǒng)式的手動操作方式，顯然這種控制方式根本無法滿足現(xiàn)代化電網(wǎng)技術(shù)的要求，所以運營單位決定對該水電站進行自動化控制系統(tǒng)改造。改造的內(nèi)容主要是涉及：保護系統(tǒng)、發(fā)電機組自動化系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、高低壓控制柜、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)，等等。

2 水電站電氣自動化控制系統(tǒng)改造安裝

2.1 微機保護系統(tǒng)

該水電站中的微機保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成非常簡單，是由1套線路保護屏（規(guī)格為110 kV）、2套發(fā)電機保護屏、1套廠變保護屏（規(guī)格為10.5 kV）構(gòu)成。保護屏、控制柜的安裝順序為：施工前的準備工作→開挖基礎(chǔ)、安裝基座→確定安裝部位，并安裝屏柜→固定屏柜→質(zhì)量驗收。

具體的細節(jié)，在安裝之前，將屏柜運輸至施工現(xiàn)場，盡量不要產(chǎn)生二次運輸；對屏柜的外觀質(zhì)量進行檢查，保證屏柜不存在破損、位移、損壞現(xiàn)象。利用吊車將屏柜吊放至槽鋼基礎(chǔ)上，然后對屏柜安裝位置進行調(diào)整，確保安裝位置足夠精準，在確認安裝位置無誤后使用螺栓進行加固。而后，對屏柜進行接地處理，使用專用接地銅排進行接地連接，這樣可以保證接地連接的可靠性，柜門的接地電阻應該控制在4 Ω以內(nèi)。盤面需保證一目了然，對各個線路作出標識，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，對設(shè)備的各個構(gòu)件性能進行測試[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、移動式攝像機、視頻機柜、監(jiān)控主機構(gòu)成。在安裝監(jiān)控系統(tǒng)之前，施工人員需對設(shè)計圖紙有全面的了解。了解的內(nèi)容主要包括：設(shè)備型號、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)場需要配備可供調(diào)試的移動電源。監(jiān)控系統(tǒng)的安裝順序為：線路敷設(shè)→安裝攝像機支架→安裝攝像機→安裝監(jiān)控設(shè)備。系統(tǒng)調(diào)試的流程為：設(shè)備性能測試→各子系統(tǒng)調(diào)試→系統(tǒng)聯(lián)動調(diào)試。設(shè)備性能檢測是在安裝設(shè)備之前完成的一項工作內(nèi)容，根據(jù)設(shè)備的使用說明書對設(shè)備的性能進行檢查。假如設(shè)備安裝完成后發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)問題，則可能需要將設(shè)備拆除下來再進行檢修，這無疑會導致調(diào)試作業(yè)的進度受到影響，所以必須在設(shè)備安裝之前對其性能進行檢查。

2.3 屏柜搬運、就位、調(diào)整、固定

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

2.4 二次電纜敷設(shè)、接線

該水電站中的電纜是借助橋架進行分層敷設(shè)。由上而下敷設(shè)的順序依次為：動力電纜、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，并對以上幾種電纜進行檢查，保證電纜的外觀質(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、型號必須滿足設(shè)計要求，并嚴格遵守電纜敷設(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，否則會對電纜敷設(shè)的外觀質(zhì)量造成一定的影響。支架、轉(zhuǎn)角部位、分線部位、保護管的兩側(cè)、端子排15～30 cm 部位，應該使用扎帶進行綁扎固定，保證電纜不會出現(xiàn)起拱現(xiàn)象。電纜綁扎應該保持統(tǒng)一效果，扎帶綁扎的間距應該符合規(guī)范要求。電纜頭纏繞的膠帶顏色應該保持一致，熱縮管的長度應該保持一致，控制電纜可以使用銅帶進行包裹，屏蔽層需要按照標準要求作接地處理。屏柜內(nèi)部的電纜敷設(shè)放線需保持一致，排列整齊，不得出現(xiàn)雜亂無章現(xiàn)象。接線過程中，單股線芯應該隨著螺母旋轉(zhuǎn)的方向進行纏繞，多股線芯則應該沿著壓線進行纏繞，然后與端子排進行連接，連接完成以后使用螺栓進行加固處理[3]。

圖1 電纜敷設(shè)流程

2.5 防火封堵、蓋板

當電纜全部敷設(shè)完成以后，施工人員可以開始進行蓋板、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。前期預留的屏位孔使用鋼板進行覆蓋處理，保證覆蓋足夠密實。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、端子箱的入線口與出線口、電纜溝交接部位、高壓配電箱分段連接部位、入戶槽口、配電室入口部位、預留孔部位，全部需要采取防火封堵處理。

2.6 計算機監(jiān)控系統(tǒng)

計算機監(jiān)控系統(tǒng)細分為站控層、隔斷層、過程層。其中，站控層包括：工程師處理站、網(wǎng)絡交換機站、打印機、顯示屏、操作站等等。隔斷站包括：GPS 監(jiān)控屏、溫度控制屏、電量計量屏、測量控制屏等等。過程層包括：電流傳感器、電壓傳感器、一次性設(shè)備等等。隔斷層與過程層的網(wǎng)絡均是使用局域網(wǎng)。監(jiān)控系統(tǒng)的電源需要配備UPS 不間斷設(shè)備。計算機監(jiān)控系統(tǒng)的安裝順序為：前期的施工準備工作→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→計算機監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試→安裝質(zhì)量驗收。系統(tǒng)調(diào)試環(huán)節(jié)相對比較重要，其會對計算機監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀況造成顯著的影響，所以操作人員必須嚴格按照規(guī)范要求進行調(diào)試，且調(diào)試過程中需采取必要的保護措施。計算機監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試的內(nèi)容主要涵蓋：管線檢查、設(shè)備通電狀況、試運行狀況、系統(tǒng)功能檢查、外部接口檢查、聯(lián)動檢查、靜態(tài)試驗、模擬試驗、通信調(diào)試、聯(lián)網(wǎng)試驗，等等。

設(shè)備通電應該逐個進行檢查，啟動每一個設(shè)備?？綑C持續(xù)的時間為72 h，中途不得間斷。外部接口調(diào)試需針對每一個LCU 的I/O 接口、DI/DO 量、模擬量輸入信號、輸出信號、溫度指數(shù)等。聯(lián)動試驗是操作人員站點單向發(fā)送指令，與局域網(wǎng)中的LCU 進行聯(lián)動。靜態(tài)試驗其實就是無水試驗，而動態(tài)試驗則是指有水試驗[4]。

3 電氣設(shè)備控制系統(tǒng)的調(diào)試

3.1 自動化儀表的調(diào)試

為了確保自動化控制系統(tǒng)可以獲取到精準的技術(shù)參數(shù)，在實際安裝電氣設(shè)備的過程中，應該優(yōu)先選擇使用高精準度、高科技含量的測試儀表設(shè)備。操作人員在對系統(tǒng)自動化儀表進行調(diào)試過程中，應先檢測電纜、自動化儀表兩側(cè)的線路，而后開始安裝傳感器，由此調(diào)試作業(yè)完成。最后，對自動化儀表的通信信號進行檢測，確定其是否存在信號失真現(xiàn)象。結(jié)合實際情況而言，線路敷設(shè)、信號屏蔽與傳感器的運行質(zhì)量存在緊密的關(guān)聯(lián)性，安裝的質(zhì)量高，則自動化儀表出現(xiàn)信號失真的可能性也會隨之減小。

3.2 保護裝置的調(diào)試

保護裝置調(diào)試作業(yè)的內(nèi)容主要涉及：電氣設(shè)備保護裝置、接地保護裝置、避雷保護裝置等裝置的調(diào)試，檢測自動化控制系統(tǒng)的實際效能是否滿足預期的效果。當避雷保護方式、避雷保護裝置確定以后，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，為了提高避雷保護裝置的安全性，操作人員還應該采取必要的深埋措施。

4 結(jié)束語

綜上所述，水電站的建設(shè)對于我國電力能源的供應具有重大價值意義，由于以往的技術(shù)條件受限，導致水電站運行效率及穩(wěn)定性無法得到保證，在這種情況下，配備電氣自動化控制系統(tǒng)，可以有效保證水電站穩(wěn)定運行。文中對某水電站的自動化控制系統(tǒng)改造工程展開深入、全面的研究分析，著重對自動化控制系統(tǒng)的安裝、調(diào)試進行介紹，結(jié)合實際存在的問題，提出科學合理的優(yōu)化建議。