達(dá)維水電站電氣二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

韓緒鵬，辛佳璇，文 杰

（1.三峽電力職業(yè)學(xué)院， 湖北 宜昌 443000； 2.華能吉林發(fā)電有限公司， 長春 130012）

達(dá)維水電站是大渡河干流水電規(guī)劃“三庫22級”的第3級電站，位于腳木足河康山鄉(xiāng)游寶巖附近，壩區(qū)主要為砂板巖。壩址處水面高約2 606 m，初擬水庫正常蓄水位2 730 m，壩壅水高約124 m，與上游的巴拉銜接，規(guī)劃裝機(jī)容量為300 MW，年發(fā)電量14.82億kw·h。達(dá)維水電站2014年開工，計(jì)劃2020年全部建成并投產(chǎn)，預(yù)計(jì)最大負(fù)荷發(fā)生在2017年，達(dá)維電站施工高峰期的用電負(fù)荷預(yù)計(jì)約7 MW。從達(dá)維施工區(qū)周邊電網(wǎng)現(xiàn)狀看，因達(dá)維施工區(qū)為馬爾康縣西北邊緣地區(qū)，區(qū)域30 km范圍內(nèi)無35 kV及以上電網(wǎng)。為了滿足馬爾康電網(wǎng)施工用電需求，建設(shè)達(dá)維110 kV變電站工程是十分必要的。

達(dá)維水電站110 kV變電站按“有人值班，有人值守”設(shè)計(jì)，110 kV配電裝置及主變采用戶外布置，35 kV、10 kV配電裝置采用室內(nèi)布置；采用微機(jī)保護(hù)裝置；變電站通信采用光纖通信方式。工程建設(shè)規(guī)模如下：主變壓器：終期 1×16 MVA，本期 1×16 MVA，電壓等級 110±8×1.25%/38.5±2×2.5%/10.5 kV，主變?nèi)萘勘龋?00/100/100；110 kV出線：終期3回，本期3回（至龍頭灘110 kV變電站1回、至巴拉水電站110 kV施工變電站1回，柯拉機(jī)溝1回），單母線接線，室外GIS布置；35 kV出線：終期2回，本期1回，預(yù)留1回（室外部分），單母線接線，室內(nèi)開關(guān)柜單列布置；10 kV出線：終期7回，本期7回，單母線接線，室內(nèi)開關(guān)柜單列布置；10 kV電容器無功補(bǔ)償：終期 2×2 000 kvar，本期 2×2 000 kvar，室內(nèi)單列布置；站用變：終期 2×80 kVA，本期 2×80 kVA，室內(nèi)開關(guān)柜布置?？紤]到110 kV水電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)[1-3]的工程案例比較少見，為保證水電站安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，本文探討了達(dá)維110 kV水電站電氣二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的若干關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

一、控制與信號系統(tǒng)

達(dá)維水電站的控制信號采用微機(jī)監(jiān)控方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用分層、分布式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，按照單機(jī)單網(wǎng)的規(guī)模配置。該系統(tǒng)由微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)裝置等部分組成，能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)、數(shù)據(jù)采集、控制、信號等功能。

（一）控制方式

本站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)按“有人值班、有人值守”設(shè)計(jì)，具備遠(yuǎn)方控制功能。微機(jī)監(jiān)控包括三級控制，第一級為就地控制，由變電站站級間隔控制層完成，第二級由站內(nèi)主控制室的操作員工作站來完成，第三級為遠(yuǎn)方控制，由調(diào)度集控中心調(diào)度。電氣設(shè)備監(jiān)控單元的設(shè)置按兩種方式：全站公共信息和110 kV線路及主變壓器的監(jiān)控單元集中組屏設(shè)置于主控室。35 kV部分集中組屏設(shè)置于主控室。10 kV線路、10 kV電容器等均采用保護(hù)測控一體化裝置。保護(hù)測控裝置分散安裝于相應(yīng)的高壓開關(guān)柜上。采用直流220 V一對一直接控制接線?？稍谥骺刂剖冶O(jiān)控主機(jī)集中控制和遠(yuǎn)控的設(shè)備有：110 kV配電裝置各斷路器；主變壓器各側(cè)斷路器；35 kV配電裝置各斷路器；10 kV線路、電容器組斷路器；主變壓器有載調(diào)壓開關(guān)等。

表1 達(dá)維110 kV二次系統(tǒng)的防雷級設(shè)計(jì)

（二）監(jiān)控系統(tǒng)

微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化、分層分布式、開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，按單機(jī)單網(wǎng)配置，站控層網(wǎng)絡(luò)與間隔層網(wǎng)絡(luò)采用直接連接方式。站內(nèi)設(shè)置操作員工作站一套及其相關(guān)輔助設(shè)備。

站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、安全監(jiān)視與控制、屏幕顯示與操作、運(yùn)行記錄、制表打印以及畫面拷貝、變電站就地與遠(yuǎn)方的操作控制等功能，還應(yīng)與微機(jī)保護(hù)裝置及其它智能設(shè)備接口，以實(shí)現(xiàn)全站的綜合自動(dòng)化，由監(jiān)控系統(tǒng)完成遠(yuǎn)動(dòng)功能。同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備邏輯閉鎖軟件實(shí)現(xiàn)全站的防誤操作閉鎖功能，同時(shí)在受控設(shè)備的操作回路中串接本間隔的閉鎖回路。

1.遠(yuǎn)動(dòng)功能：監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)功能具有常規(guī)RTU的全部功能，其功能及性能指標(biāo)符合部頒《調(diào)度自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》。從I/O測控單元采集的數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)送至遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置，遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)實(shí)采實(shí)送，滿足地調(diào)、縣調(diào)遠(yuǎn)動(dòng)要求。到地調(diào)、縣調(diào)的通訊口分別要求按兩個(gè)通訊口配置，即一主一備方式并列運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)通信服務(wù)器具備常規(guī)網(wǎng)絡(luò)通信功能，同時(shí)調(diào)度主站系統(tǒng)配置相應(yīng)接口軟件及設(shè)備。

2.時(shí)鐘同步：接收全球定位系統(tǒng)GPS衛(wèi)星發(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)授時(shí)信號，利用對時(shí)總線上的秒脈沖信號對站內(nèi)綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行秒脈沖校時(shí)，且通過通信串口向各通信設(shè)備廣播校時(shí)，以確保站內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘的一致性。

3.系統(tǒng)自診斷和自恢復(fù)：微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在線診斷系統(tǒng)全部軟件和硬件的運(yùn)行工況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常及故障時(shí)能及時(shí)顯示和打印報(bào)警信息，在運(yùn)行工況圖上用不同顏色區(qū)分顯示。

4.與微機(jī)保護(hù)裝置接口：站內(nèi)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能通過串口接收微機(jī)保護(hù)裝置的相關(guān)信號，查看保護(hù)定值、投/退保護(hù)裝置等。

5.其它接口：站內(nèi)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)提供足夠的RS232或RS422口與遠(yuǎn)方調(diào)控中心及站內(nèi)其它智能設(shè)備接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。智能直流系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)、電壓無功綜合控制裝置、故障錄波裝置、其它自動(dòng)裝置等。另外，監(jiān)控系統(tǒng)以接點(diǎn)方式采集站內(nèi)消防、防盜及逆變電源等報(bào)警信號。

（三）電源、防雷措施及接地

1.電源：站內(nèi)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)要求引入交流及直流電源供電，另設(shè)2套UPS逆變電源為站內(nèi)不停電交流負(fù)荷供電，輸出容量不小于5 kVA。逆變電源由站內(nèi)蓄電池組供電，具有交流旁路備份功能。逆變電源具有外部通信接口，且可輸出報(bào)警接點(diǎn)信號。

2.防雷措施：為防止雷電和其他內(nèi)部過電壓侵入變電站二次系統(tǒng)所造成的干擾和破壞，在變電站的低壓交流供電系統(tǒng)及綜合自動(dòng)化系統(tǒng)考慮內(nèi)部防雷及過電壓防護(hù)措施，具體見表1。

3.接地：為了保護(hù)站內(nèi)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備的可靠運(yùn)行，提高其抗干擾能力，站內(nèi)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)不設(shè)獨(dú)立接地網(wǎng)，共用變電站主接地網(wǎng)，設(shè)備接地應(yīng)安全可靠，并遵守“一點(diǎn)接地”的原則。

二、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置配置

根據(jù)《繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》要求，對達(dá)維水電站110 kV施工變電站元件保護(hù)及自動(dòng)裝置做如下配置。

（一）主變壓器保護(hù)配置

選用微機(jī)型保護(hù)測控裝置，主變保護(hù)測控組屏1面，安裝于主控制室內(nèi)，保護(hù)配置如下。

1.主保護(hù)：差動(dòng)速斷保護(hù)、比率差動(dòng)保護(hù)，采用二次諧波制動(dòng)原理。

2.非電量保護(hù)：主變本體瓦斯保護(hù)，重瓦斯動(dòng)作跳閘主變?nèi)齻?cè)斷路器，輕瓦斯作用于信號。調(diào)壓油箱設(shè)置重瓦斯保護(hù)，重瓦斯動(dòng)作跳閘主變?nèi)齻?cè)斷路器，輕瓦斯作用于信號。壓力釋放裝置，動(dòng)作于跳閘或信號。油溫高、繞組溫度高動(dòng)作于跳閘或信號。

3.110 kV側(cè)接地后備保護(hù)：零序電壓閉鎖零序過電流保護(hù)、間隙零序過電流保護(hù)、零序過電壓保護(hù)。

4.110 kV側(cè)相間后備保護(hù)：復(fù)合電壓閉鎖過電流及方向過電流保護(hù)，依次動(dòng)作于本側(cè)斷路器及主變?nèi)齻?cè)斷路器。

5.35 kV側(cè)相間后備保護(hù)：復(fù)合電壓閉鎖過電流及方向過電流保護(hù)，依次動(dòng)作于本側(cè)斷路器及主變?nèi)齻?cè)斷路器。

6.10 kV側(cè)相間后備保護(hù)：復(fù)合電壓閉鎖過電流及方向過電流保護(hù)，依次動(dòng)作于本側(cè)斷路器及主變?nèi)齻?cè)斷路器。

7.主變?nèi)齻?cè)過負(fù)荷保護(hù)及過負(fù)荷閉鎖有載調(diào)壓。

（二）35 kV線路保護(hù)（選保護(hù)測控一體化裝置）

1.三段式復(fù)壓閉鎖方向過流保護(hù)；

2.過負(fù)荷保護(hù)；

3.檢同期檢無壓三相一次重合閘及后加速保護(hù)；

4.低周低壓減載功能。

（三）10 kV線路保護(hù)（選保護(hù)測控一體化裝置）

1.三段式復(fù)壓閉鎖電流保護(hù)；

2.零序過流保護(hù)；

3.過負(fù)荷保護(hù)；

4.檢同期檢無壓三相一次重合閘及后加速保護(hù)；

5.低周低壓減載功能。

（四）10 kV電容器保護(hù)（選保護(hù)測控一體化裝置）

1.限時(shí)電流速斷保護(hù)；

2.過電流保護(hù)；

3.零序過流保護(hù)；

4.過電壓保護(hù)；

5.欠電壓保護(hù)；

6.不平衡電壓保護(hù)。

三、測量儀表

根據(jù)計(jì)量規(guī)程的要求，配置各部分的計(jì)量裝置。110 kV線路、35 kV線路均裝設(shè)雙向電子式多功能電度表，精度0.2S級。主變高、中、低壓側(cè)均裝設(shè)雙向電子式多功能電度表，精度0.5S級，以上電度表集中組屏安裝于主控制室。10 kV出線裝設(shè)雙向電子式多功能電度表，精度0.5S級，分散安裝于高壓開關(guān)柜內(nèi)。

四、直流及UPS電源系統(tǒng)

直流系統(tǒng)向全站微機(jī)監(jiān)控、保護(hù)、斷路器跳合閘、事故照明等負(fù)荷提供電源。變電站設(shè)置1組閥控式密封鉛酸蓄電池，容量200 Ah，2 V一只，104只/組，蓄電池組電壓220 V。蓄電池容量選擇按經(jīng)常負(fù)荷和事故負(fù)荷的100%考慮，事故停電按1小時(shí)計(jì)算，事故照明按1小時(shí)計(jì)算。蓄電池采用組屏安裝，設(shè)置主控制室內(nèi)。蓄電池配置一套高頻開關(guān)電源直流系統(tǒng)(10A×4塊，220 V），充電模塊按N+1備份方式配置。蓄電池配置1套蓄電池巡檢儀。

220 V直流系統(tǒng)采用單母線接線方式。110 kV線路及主變保護(hù)、測控、故障錄波等設(shè)備采用輻射供電方式；35 kV線路及10 kV出線保護(hù)、測控設(shè)備采用輻射供電方式。

直流系統(tǒng)設(shè)置微機(jī)監(jiān)控單元，對直流系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測和管理，并與監(jiān)控系統(tǒng)通信。配置微機(jī)型直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測儀，在線監(jiān)測各饋線的直流接地故障，并與直流系統(tǒng)監(jiān)控單元通信。直流系統(tǒng)組屏4面，設(shè)置于主控制室，其中直流充電屏1面、直流饋電屏1面、電池柜2面。

變電站配置2套5 kVA交流不停電電源（UPS）系統(tǒng)，并組屏1面設(shè)置于主控制室。UPS電源負(fù)荷包括微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、電能量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、通信設(shè)備等。

五、站用電系統(tǒng)

變電站設(shè)置站用電屏2面，采用智能站用配電屏，布置于主控制室內(nèi)，單母線接線，雙回電源接入，一主一備方式運(yùn)行，進(jìn)線總路帶ATS自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，保證主供電源失電后，備用電源可選擇自動(dòng)和手動(dòng)投入，并可自主改變主供電源和備用電源。站用屏還應(yīng)帶有監(jiān)控功能，可監(jiān)測三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)、電度等電氣參數(shù)。帶有RS485通訊口，支持多種通訊規(guī)約，可方便接入監(jiān)控系統(tǒng)。

六、結(jié)論

當(dāng)前，優(yōu)先發(fā)展水電仍是我國能源建設(shè)的重要方針。隨著電力技術(shù)的革新、自動(dòng)化水平的提高，變電站的監(jiān)控得到迅速發(fā)展，高電壓等級水電站二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度也與日俱增。本文從控制與信號系統(tǒng)、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的配置、測量儀表、直流及UPS電源系統(tǒng)、站用電系統(tǒng)等幾個(gè)部分探討了達(dá)維110 kV水電站電氣二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可為同類型的110 kV水電站設(shè)計(jì)提供參考。

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［2］朱姝，劉存英，郭亞卓，等.蓋下壩水電站電氣二次設(shè)計(jì)[J].東北水利水電，2014（8）：10-12.

［3］袁艷艷，黃衛(wèi)平.贊比亞Lunzua水電站廠用電系統(tǒng)二次設(shè)計(jì)[J].廣西水利水電，2015（3）：29-31.