貴州省某水電站的功能配置設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理

程孝昆

(貴州省長順縣水利局，貴州長順550700)

1 水電站概況

擺東水電站位于貴州省長順縣南端敦操鄉(xiāng)，地屬北亞熱帶，冬春半干燥夏季濕潤型氣候。擺東水電站是格凸河梯級開發(fā)規(guī)劃的第五個(gè)梯級，無灌溉、通航、防洪等其他要求，主要任務(wù)是發(fā)水電。水電站上游第四梯級河邊水電站已部分建成，正常尾水位665.2 m;擺東水電站正常蓄水位定為665 m，第六梯級灰洞水電站正常蓄水位648.5 m，上、下梯級的水位銜接合理。壩址以上集水面積2 234 km2，水庫正常蓄水位665.0 m，相應(yīng)庫容107萬m3，在水電站上游相應(yīng)庫區(qū)范圍內(nèi)，無滑坡及大型崩塌體分布，兩岸邊坡穩(wěn)定，工程地質(zhì)條件較好。工程所需天然建筑材料可就地取材，大壩、廠房基礎(chǔ)所開挖的石料完全可滿足水電站其他建筑工程的需要。

擺東水電站為逕流式水電站，設(shè)計(jì)保證率90%，保證功率1 110kW，水電站裝機(jī)2×3200kW，年發(fā)水電量2290萬kW ·h，年利用小時(shí)數(shù)4 670 h。

2 建筑工程布置及主要建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

擺東水電站工程樞紐主要由大壩及壩后水電站組成。經(jīng)過上中下三條壩線的比較研究最終選定下壩線為修建實(shí)施方案，下壩線為不對稱"U型河谷"，左岸陡峻，岸坡角約70°，右岸較緩，岸坡角約30°。正常蓄水位665 m時(shí)河面寬62 m。

大壩為細(xì)石混凝土砌塊石重力壩，壩頂長68 m。原主河槽段布置溢流壩，溢流段長28.8 m，高14 m。堰頂高程655 m，設(shè)3孔8 m×11m(寬×高)平板擋水閘門。非溢流壩段總長39.2 m，其中左岸長5.5 m，右岸長33.7 m。壩頂高程666.5 m，最大壩高25.5 m，頂寬5 m。放空(兼沖砂)底孔布置在右岸非溢流壩段，緊靠溢流壩導(dǎo)墻，孔口尺寸為2m×3m (寬×高)。

水電站廠房布置在右岸非溢流壩后，主廠房與壩軸線平行，外框尺寸(長×寬)為33.45m×11.8m，內(nèi)裝2臺軸流定槳式水輪發(fā)水電機(jī)組。采用單管單機(jī)供水方式，進(jìn)口設(shè)攔污柵、檢修門及快速工作門。水輪機(jī)安裝高程644 m，發(fā)水電機(jī)層高程649.49 m，安裝間與發(fā)水電機(jī)層同高。進(jìn)廠公路從廠房右側(cè)680 m高程以縱坡8%下降到回車場660.17 m高程，然后汽車再平直倒開至主廠房安裝間屋頂之右側(cè)吊物排架下。主廠房內(nèi)所有設(shè)備通過行車從吊物架起吊進(jìn)入安裝間屋頂上所設(shè)吊物間，再吊至安裝間地面。

副廠房布置在主廠房下游側(cè)660.37 m高程，與主廠房呈"Γ"形布置，副廠房外框尺寸(長×寬×高)為32.045× 8.9×10.3m，分為兩層，下層凈空高5 m，主要為主變、廠用變室及中央控制室。上層為高壓開關(guān)室、載波室、油化驗(yàn)分析室等。出線通過穿墻導(dǎo)管后經(jīng)進(jìn)廠公路上面的出線桿，再沿公路至河邊水電站。

水電站的主生活區(qū)設(shè)在河邊水電站，永久性房屋建筑面積1 860 m2，擺東水電站只設(shè)值班人員單身宿舍、食堂、辦公室、倉庫等960 m2，布置在下游最高洪水位659.55 m以上的進(jìn)廠公路旁。

3 機(jī)水電裝置的選擇與配置

擺東水電站出線為一回35kV高壓線，通過4 km輸水電線路送至上游河邊水電站的變水電站，再通過高壓輸水電線路送到縣城聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。主結(jié)構(gòu)采用發(fā)－變組單元結(jié)線，高壓側(cè)為單母線。

根據(jù)水電站可利用的落差徑流條件及遠(yuǎn)景發(fā)展的需要，經(jīng)比較采用2臺ZD580－LH－210型水輪機(jī)，(本水電站的最大水龍頭17.9 m，設(shè)計(jì)水頭15.4 m，最小水頭13.5 m。)2水輪發(fā)水電機(jī)型號為SF3200－24/3250，2臺廠用變壓器分別掛于發(fā)水電機(jī)水電壓側(cè)，型號為S7－160低損耗三相雙線圈自冷式水電力變壓器，2臺主變壓器為S7－4000KVA低損耗三相雙線圈無激磁調(diào)壓水電力變壓器，調(diào)速器為YDT－5000自動(dòng)調(diào)速器。主廠房內(nèi)設(shè)32/5t水電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)一臺，跨度10 m，安裝間屋頂設(shè)吊物間，內(nèi)備25/5t手動(dòng)式起重機(jī)一臺，跨度10.5 m。35KV與6KV開關(guān)設(shè)備均采用戶內(nèi)式布置。水電站主要水電力設(shè)備的選擇配置如下:

3.1 短路水電流計(jì)算

由于暫缺貴州省水電網(wǎng)系統(tǒng)的有關(guān)資料，按與省網(wǎng)連接點(diǎn)(惠水龍崗變110KV側(cè))系統(tǒng)容量為無窮大，進(jìn)行短路水電流計(jì)算的結(jié)果如下:1)35KV母線側(cè)短路，1d(3)"= 2.1KA;2)發(fā)水電水電壓側(cè)(即主變低壓側(cè))短路，1d(3)"= 5.4KA。

聽了他的話，心里很不安，也很猶豫。一頓早餐，花費(fèi)并不多，但已經(jīng)出來半個(gè)小時(shí)，距離遠(yuǎn)，還下著雨。返回去吧，太麻煩。于是自我安慰道：“下次吧，再路過那里時(shí)一定還上?！笨捎洲D(zhuǎn)念一想，錢雖不多，但畢竟是小本生意，不知道人家怎么恨我們呢？或許她們會(huì)罵：“看著兩個(gè)文質(zhì)彬彬、衣著光鮮的主兒，怎么也干這種見不得人的勾當(dāng)……”況且，下一次不知道什么時(shí)候路過呢，忘了也未可知。想及此，便不再徘徊，快步出了地鐵站，折回身，向飯店大踏步走去。

3.2 主要設(shè)備參數(shù)

1)2臺水輪發(fā)水電機(jī):型號為SF3200－24/3250，額定功率3200KW，額定功率因數(shù)0.8，額定水電壓6.3KV，勵(lì)磁方式為自并激可控硅靜止式勵(lì)磁。

2)2臺主變壓器:型號為S7－4000KVA低損耗三相雙線圈無激磁調(diào)壓水電力變壓器，額定容量4 000KVA，額定水電壓38.5±5%/6.3KV，短路水電壓7%，連接組別Y/△－11，總重量為10.0t。

3)6KV水電壓設(shè)備:選用戶內(nèi)式GG－1A(FП)型五防成套配水電裝置(共6塊)，柜內(nèi)所配熔斷器選用RN1、RN2，最大切斷水電流分別為20KA、85KA。

4)35KV水電壓設(shè)備:選用戶內(nèi)式GBC－35型手車式成套配水電裝置(共計(jì)3塊)，柜內(nèi)所配斷路器選用SN10－35型，額定水電流1000A、額定短路開斷水電流16KA。

5)廠用水電設(shè)備:①2臺廠用變壓器型號為S7－160低損耗三相雙線圈自冷式水電力變壓器，額定容量160KVA，額定水電壓6.3±5%/0.4KV。

4 水電站自動(dòng)化運(yùn)行管理

擺東水電站由中央控制室的控制臺集中控制，整個(gè)水電站的自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要組成部分為:水電站主廠房監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)地控制系統(tǒng)、輔助設(shè)備保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)，并通過以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)連成為整體。

4.1 水電站主廠房監(jiān)控系統(tǒng)

水電站主廠房監(jiān)控系統(tǒng)的核心任務(wù)是負(fù)責(zé)完成水電站機(jī)組的空載、滿載、發(fā)水電及停機(jī)等操作，以及采集水電站各機(jī)水電設(shè)備的反應(yīng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)參數(shù)，同時(shí)并記錄于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。監(jiān)控系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)器、GPS衛(wèi)星校時(shí)系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、打印機(jī)等組成，用于水電站機(jī)水電發(fā)水電系統(tǒng)與水電力系統(tǒng)的調(diào)度與控制。其中，GPS衛(wèi)星校時(shí)系統(tǒng)用于確保自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的主控級計(jì)算機(jī)及單元級各LCU能與GPS時(shí)鐘同步，以保證整個(gè)系統(tǒng)在時(shí)間精度上能滿足監(jiān)控系統(tǒng)事件分辨率的要求［1］。

4.2 現(xiàn)地控制系統(tǒng)

自動(dòng)化控制的現(xiàn)地控制系統(tǒng)主要組成部分是現(xiàn)地控制單元，同時(shí)也是水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮作用的基礎(chǔ)［1］。在水電站發(fā)水電機(jī)水電裝置附近一般布置有LCU，從而對2臺水輪發(fā)水電機(jī)組及其輔助設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過網(wǎng)絡(luò)將采集的各種數(shù)據(jù)信息快速發(fā)送到監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對水電站機(jī)水電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制，同時(shí)也可在脫離監(jiān)控中心的狀態(tài)下獨(dú)立工作，并實(shí)現(xiàn)其它監(jiān)控功能，確保水電站機(jī)水電設(shè)備能安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行發(fā)水電。

逆變水電源表計(jì)、可編程控制器PLC、型微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置、信號燈、直流供水電系統(tǒng)是擺東水電站現(xiàn)地控制LCU的主要組成設(shè)備?；顧z查、壓差檢查及恒定導(dǎo)前時(shí)間的原理是自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置形成的依據(jù)，自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置是通過時(shí)間程序與邏輯水電路，按照相應(yīng)的控制程序進(jìn)行綜合而成的，它能順利地完成準(zhǔn)同期并列的基本要求［2］。

根據(jù)水電站監(jiān)控系統(tǒng)功能要求，擺東水電站同時(shí)還裝設(shè)了下列自動(dòng)化裝置:YDT－5000自動(dòng)調(diào)速器，35kV線路自動(dòng)重合閘裝置，發(fā)水電機(jī)采用自并激靜止式可控硅勵(lì)磁裝置，廠用備用水電源(兩臺廠變互為備用)自動(dòng)投入裝置等。

4.3 局域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

水電站的局域網(wǎng)絡(luò)選擇采用以太通訊網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備裝置包括收發(fā)機(jī)、光禍合器、光開關(guān)等組裝設(shè)備，還包括連接該系統(tǒng)所需的水電纜和通訊光纜。在滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的條件下，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能特性與機(jī)械特性及水電氣信號特性都能得到很好的保障，以太網(wǎng)通訊網(wǎng)選用TCP/IP接口協(xié)議，IEEE802.3接口標(biāo)準(zhǔn)，100MbPs傳輸速率。

4.4 直流水電源

水電站采用直流220V作為控制、保護(hù)、信號水電源以及事故照明水電源。選用成套免維鉛酸蓄水電池組直流裝置。蓄水電池容量為100h，共3塊屏。

5 結(jié)語

結(jié)合擺東水水電站區(qū)域場地的特定工程地質(zhì)條件，合理地進(jìn)行了水電站建筑工程的布置及主要建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分布，同時(shí)也科學(xué)地選配了相應(yīng)的機(jī)水電裝置;水電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)將相互孤立的站內(nèi)設(shè)備連接成為整體系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能的齊全化，同時(shí)水電站機(jī)水電設(shè)備的運(yùn)行安全性也獲得提升，使水電站的管理效率獲得大幅提高。

［1］ 陳鐵華，劉雙林，高明.水電廠自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢的探討［J］.吉林水電力2005，(4):52－54.

［2］ 鄭康平，潘建忠.計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)在某水水電站中的應(yīng)用［J］.廣東水利水水電.2006，(4):37－38.