中小型水電站的電氣二次設(shè)計(jì)探討

黨碧輝(中國葛洲壩集團(tuán)機(jī)電建設(shè)有限公司,四川成都 610091)

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中小型水電站的電氣二次設(shè)計(jì)探討

黨碧輝
(中國葛洲壩集團(tuán)機(jī)電建設(shè)有限公司,四川成都 610091)

【摘 要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,人們生活水平的不斷提高以及企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,人們?cè)谏a(chǎn)經(jīng)營以及日常生活中的用電量逐漸增大。隨著用電需求的不斷擴(kuò)大,就使得各種發(fā)電系統(tǒng)得到了較為快速的發(fā)展。在近些年間,水電站以其可再生、清潔無污染、運(yùn)行成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)成為發(fā)電行業(yè)的新寵。而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及能源的日益緊張,中小型水電站在近些年得到了廣泛的重視和應(yīng)用,而中小型水電站中的電氣二次設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)水電站的運(yùn)行的安全與穩(wěn)定發(fā)揮著極為重要的作用。本文主要就中小型水電站的電氣二次設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】中小型水電站 電氣二次設(shè)計(jì) 探討

中小型水電站是將流動(dòng)的水能轉(zhuǎn)化為電能的大型工程，它的主要運(yùn)行原理是通過水庫將從高處泄落的水引入水電站的引水系統(tǒng)中，用水的落差形成重力作用，從而形成動(dòng)力，推動(dòng)水電站系統(tǒng)中的機(jī)組正常運(yùn)行，將水能轉(zhuǎn)化為電能，并將電能輸送至發(fā)電廠，為居民日常生活和企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營提供電力資源使用。在水電站的電氣設(shè)備中一般包括電氣一次設(shè)備與電氣二次設(shè)備，常見的電氣二次設(shè)備主要包括計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、機(jī)組繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備、機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備、機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備、高壓系統(tǒng)保護(hù)及自動(dòng)裝置所組成的設(shè)備等等。電氣二次設(shè)備在水電站的電氣設(shè)計(jì)中作用極大，是保障水電站正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是水電站電氣設(shè)計(jì)中必不可少的重要組成部分[1]。

1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中小型水電站電氣二次設(shè)備中的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要是對(duì)其它運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)監(jiān)控結(jié)果作出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，能夠有效維護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)行。一般中小型水電站中的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)均采用符合國際開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的分層分布結(jié)構(gòu)，采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的就是為了減少工作人員的工作量，盡可能地減少值班人員。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)分為電站終端控制級(jí)與現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)兩層，采用100Mb/s光纖通過太網(wǎng)進(jìn)行連接。電站終端控制級(jí)主要負(fù)責(zé)對(duì)其它運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行終端監(jiān)控，實(shí)時(shí)反饋信息，并對(duì)監(jiān)控結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)；現(xiàn)場(chǎng)控制機(jī)則負(fù)責(zé)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組、電氣一次設(shè)備以及公用設(shè)備等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)，當(dāng)電站終端控制級(jí)出現(xiàn)故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)可以不受其影響，單獨(dú)運(yùn)行和調(diào)節(jié)。電氣二次設(shè)備中對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的要求為，必須實(shí)行與調(diào)度、水情測(cè)試狀況、泄洪閘門控制等系統(tǒng)的實(shí)時(shí)聯(lián)系與通訊[2]。

2 機(jī)組繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電氣二次設(shè)備中的機(jī)組繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的功能主要是為了給水電站運(yùn)行過程中一些其它的重要設(shè)備提供繼電保護(hù)。受機(jī)組繼電保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)的設(shè)備主要有水輪發(fā)電機(jī)組、變壓器、110kV線路、廠用變保護(hù)等設(shè)備，電氣二次設(shè)計(jì)中的保護(hù)裝置內(nèi)部含有自檢功能，能夠有效檢查出水電站運(yùn)行過程中一些重要的設(shè)施設(shè)備是否受到了電磁的影響，并對(duì)受到電磁影響的設(shè)施設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)地保護(hù)和調(diào)節(jié)。另外，在電氣二次設(shè)計(jì)中在機(jī)組繼電保護(hù)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了一個(gè)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相連接的接口，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組繼電保護(hù)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通訊。

3 機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在中小型水電站電氣二次設(shè)計(jì)中，應(yīng)該為每臺(tái)發(fā)電機(jī)、每臺(tái)主變壓器、110 kV線路以及廠用變保護(hù)設(shè)備等配備一塊交流采樣電量綜合測(cè)試儀，檢測(cè)每個(gè)設(shè)備中的所有的電氣量，從而確定是否應(yīng)該為發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流等配備電量變送器。而每臺(tái)發(fā)電機(jī)的有功功率、無功功率、單相定子電壓、單相主變低壓側(cè)6.3kV母線電壓、0.4kV廠用電母線電壓、220V直流母線電壓、UPS電源交流電壓以及頻率等是否需要分別配置電量變送器，是由發(fā)電機(jī)的實(shí)際需要來決定的。除此之外，為了給宏觀監(jiān)控提供方面以及為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)準(zhǔn)備備用設(shè)備，在中央控制系統(tǒng)中還應(yīng)該配備少量的常規(guī)電測(cè)電子儀表，可以采用數(shù)字式儀表或者指針式的儀表，但為了更為精準(zhǔn)地進(jìn)行檢測(cè)，數(shù)字電子儀表更為合適[3]。

4 直流電源設(shè)計(jì)

在中小型水電站電氣二次設(shè)計(jì)中直流電源系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)為220V的直流電源，對(duì)水電站中全部設(shè)備的電氣保護(hù)、控制、操作、自動(dòng)裝置、事故照明等提供直流電源。為了加強(qiáng)水電站系統(tǒng)設(shè)備的防爆功能，在進(jìn)行直流電源設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)同時(shí)設(shè)計(jì)出一組104只鉛酸蓄電池的電池組，容量為200AH，電池組需要具備閥控、免維護(hù)、防爆等功能，還要設(shè)計(jì)一套充電裝置。直流母線上為單母線，母線上掛一組鉛酸蓄電池與一套充電裝置，并配備微機(jī)絕緣檢測(cè)裝置以及蓄電池巡察裝置。充電裝置中一般采用微機(jī)控制高頻開關(guān)整流模塊，采用N+1冗余模式。

5 交流電源設(shè)計(jì)

中小型水電站中一般采用獨(dú)立的一組10kVA的UPS交流電源裝置，在此交流電源裝置中不需要配備蓄電池。在水電站正常運(yùn)行時(shí)，由交流220V的廠用電進(jìn)行供電，在裝置中要配置無觸點(diǎn)旁路開關(guān)[4]。在UPS中某單元發(fā)生故障時(shí)，開關(guān)可以自動(dòng)切換交流電源，而當(dāng)交流電源中斷時(shí)，可以無障礙地切換至直流電源，這樣就能保證交流輸出的不間斷，從而保障水電站運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。

6 結(jié)語

綜上所述，中小型水電站中的電氣二次設(shè)備對(duì)于整個(gè)水電站的安全、平穩(wěn)運(yùn)行發(fā)揮著極為重要的作用。在電氣二次設(shè)計(jì)中的接線設(shè)計(jì)通常是對(duì)一次系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)地檢測(cè)、控制和保護(hù)，同時(shí)也對(duì)一次系統(tǒng)中的一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和保護(hù)，以保證一次設(shè)備的正常平穩(wěn)運(yùn)行。因此，在中小型水電站中應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)電氣二次設(shè)計(jì)的重視程度，同時(shí)注重設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，提升電氣二次設(shè)計(jì)水平，使其能夠充分發(fā)揮保證水電站正常運(yùn)行的作用，進(jìn)一步提升水電站運(yùn)行效益。

參考文獻(xiàn):

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[2]朱冠廷,黃天東,陳吉祥,鄒來勇.湖北三里坪水電站電氣二次設(shè)計(jì)[J].人民長(zhǎng)江,2013(20):68-71.

[3]周業(yè)榮,嚴(yán)映峰,宋柯,劉立春,王蓓蓓.瀑布溝水電站電氣二次系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)介紹[J].水電站機(jī)電技術(shù),2014(06):28-32+35.

[4]朱姝,劉存英,郭亞卓,張崢.蓋下壩水電站電氣二次設(shè)計(jì)[J].東北水利水電,2014(08):10-12.

作者簡(jiǎn)介:黨碧輝(1979—),男,湖北宜昌人,學(xué)士學(xué)位,工程師、研究方向:水電站電氣一次及二次安裝、試驗(yàn)及調(diào)試。