馮裕創(chuàng)

（茂名市鑒江流域水利工程管理局，廣東 茂名 525000）

摘要：水電站的建設(shè)與發(fā)展具有極為重大且深遠的現(xiàn)實意義，而在水電站建設(shè)中，電氣二次系統(tǒng)的構(gòu)造是最為關(guān)鍵的部分。鑒于此，文章將以某水電站為例，對電氣二次系統(tǒng)的計算機監(jiān)控系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)等進行分析，以便確保水電站的正常運轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：水電站；電氣二次系統(tǒng)；計算機監(jiān)控系統(tǒng)；繼電保護

中圖分類號：TV547文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2014）22-0137-02某水電站是以發(fā)電、防洪為主，同時兼具庫區(qū)航運、養(yǎng)殖以及農(nóng)業(yè)灌溉等多種功能的一個水電站，其水庫的庫容是4.5億m3，而正常的蓄水位415m。在水電站內(nèi)安裝了容量在35MW的混流式水輪發(fā)電機組3臺，平均每年的發(fā)電量能夠達到1.8億kW·h，并且具有季節(jié)調(diào)節(jié)功能。該水電站采取110kV一級電壓接入系統(tǒng)，單母線接線為主要接線形式。水電站的建筑物主要包括泄洪建筑物、大壩、地下電站廠房等。

該水電站在初期發(fā)電的過程中存在一定的問題，因而導(dǎo)致發(fā)電極為不穩(wěn)定，針對這種情況，對水電站機組電氣二次系統(tǒng)的計算機監(jiān)控系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)等進行分析，以便能夠達到改善設(shè)備自動化，提升機組運行安全可靠性的目的。

1計算機監(jiān)控系統(tǒng)

該水電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)采取的是分層分布式的結(jié)構(gòu)，其主要的構(gòu)成部分有承擔(dān)整個水電站集中監(jiān)控任務(wù)的電站級與負責(zé)機組、公用設(shè)備與開關(guān)站等監(jiān)控任務(wù)現(xiàn)地控制級，同時利用同軸電纜以太網(wǎng)的方式，將全部現(xiàn)地控制單元與主機相連接。其中，現(xiàn)地控制單元共有兩套，即機組現(xiàn)地控制單元、公用設(shè)備現(xiàn)地控制單元；而電站級主要包含工程師工作站一臺、操作人員工作站兩臺。

圖1計算機監(jiān)控系統(tǒng)

在水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)擁有多種功能，主要表現(xiàn)為：實時采集和處理數(shù)據(jù)、實時監(jiān)視水電站的正常運作、控制和調(diào)節(jié)、水電站運作指導(dǎo)、聲音警報、屏幕顯示、數(shù)據(jù)通訊以及設(shè)備運作記錄和生產(chǎn)管理等。圖1為計算機監(jiān)控系統(tǒng)示意圖。

2勵磁系統(tǒng)

發(fā)電機采取自并激三相全控橋靜止可控硅整流勵磁系統(tǒng)，其中，主要有兩套數(shù)字式調(diào)節(jié)器組成勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，每一套調(diào)節(jié)器都是能夠依據(jù)轉(zhuǎn)子電流偏差手動的方式或者是按照電壓偏差自動控制的方式，對通道進行有效的調(diào)節(jié)。這兩套調(diào)節(jié)器互相備用，當(dāng)其中的一個調(diào)節(jié)器出現(xiàn)故障或者是發(fā)生異常時，自動的切換到另一個調(diào)節(jié)器上。另外，調(diào)節(jié)器同時還具有和計算機監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元LCU的通信接口，這樣可以達到調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)的目的。

此外，由兩個可控硅整流橋并聯(lián)組成勵磁系統(tǒng)的功率單元。倘若一個可控硅橋發(fā)生異常狀況時，勵磁系統(tǒng)可以達到機組（包含強勵）不同運轉(zhuǎn)工況的需要。勵磁系統(tǒng)的頂值電流倍數(shù)、頂值電壓倍數(shù)都是2，在勵磁系統(tǒng)內(nèi)有各種輔助單元，例如電壓跟蹤、過勵限制、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器等，同時還設(shè)有轉(zhuǎn)子過電壓、勵磁變壓器過電流等保護裝置。當(dāng)發(fā)電機為正常停機時，則使用逆變滅磁的方式，倘若機組發(fā)生異常，則使用快速直流開關(guān)聯(lián)合非線性電阻滅磁的形式。

3繼電保護系統(tǒng)

該水電站所采取的繼電保護裝置為微機型，其中各個保護裝置的配置均達到了有關(guān)規(guī)定（《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求》和《水力發(fā)電廠繼電保護設(shè)計導(dǎo)則》）的要求。發(fā)電機的保護主要表現(xiàn)在對以下幾個方面的保護，即發(fā)電機的橫差保護、發(fā)電機的縱差保護、對低壓過流的保護、過電壓保護、定子過負荷保護、轉(zhuǎn)子一點接地保護、定子一點接地保護、CT斷線保護、PT斷線保護以及失磁保護等。其中，對于主變壓器的保護，其所采取的是縱差保護，另外復(fù)合電壓閉鎖過電流保護、過負荷以及瓦斯等保護則是重要的后備保護方式。此外，對于110kV線路的保護，主要有三種，分別是過電流保護、方向過流閉鎖電壓速斷保護以及三相一次重合閘保護等。過電流與電流速斷對降壓變壓器進行保護。

4直流系統(tǒng)

該水電站的直流系統(tǒng)是電壓采取的是220V，依據(jù)有關(guān)規(guī)程的規(guī)定安裝了一套220V的直流系統(tǒng)裝置，另外準(zhǔn)備了蓄電池組兩個。以一小時作為水電站用電全停的時間，按照該水電站的實際狀況，水電站直流負荷所占比例較大的一部分為事故照明，這是蓄電池容量選取的一個關(guān)鍵性原因。為了確保能夠供應(yīng)穩(wěn)定的操作、控制、保護以及事故照明的電源，且便于直流配電設(shè)備型號的選擇，通過精確的計算，在水電站內(nèi)安裝400Ah蓄電池兩組。兩組蓄電池均供電給動力、事故照明以及控制負荷，進而形成混合供電直流系統(tǒng)，在直流系統(tǒng)中裝有單母線（二段獨立），在各個母線之間安裝了開關(guān)，便于彼此相連。通常情況下，免維護閥控式密封鉛酸蓄電池能夠進行重疊放置，進而節(jié)約空間，設(shè)備維護的勞動量也比較少，所以，直流蓄電池采取上述中的蓄電池。

5火災(zāi)自動保護系統(tǒng)

5.1火災(zāi)自動報警系統(tǒng)探測區(qū)域

該水電站火災(zāi)自動報警系統(tǒng)若干個不同的探測區(qū)域，其依次是一號發(fā)電機燈泡體中，二號發(fā)電機燈泡體中，三號發(fā)電機燈泡體中，中控樓，主廠房坑層，電纜層，電纜廊道和母線廊道，運行層副廠房，運行層主廠房，低壓柜層、裝卸場、高位油箱廊道層與安裝場，主變1B、2B以及GIS室，閘門啟閉機房等。其中，機組的廠家提供了發(fā)電機燈泡體中的一個火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

5.2火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的組成部分

首先，機組火災(zāi)報警系統(tǒng)中，熱敏傳感線與點式離子感煙探測器兩個部分構(gòu)成了探測器，倘若火災(zāi)報警控制臺與探測器兩者相連，能夠?qū)崿F(xiàn)聲光報警的目的。其次，采取模擬量探測報警技術(shù)來達到整個水電站的火災(zāi)報警。整場的火災(zāi)報警系統(tǒng)主要包含氣體滅火控制盤兩臺、火災(zāi)報警控制器一臺，并且將其設(shè)置在火災(zāi)報警控制柜當(dāng)中。

5.3消防設(shè)備的控制分析

在水電站的一些區(qū)域內(nèi)都安設(shè)七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)，例如繼保室、電纜廊道、大壩監(jiān)測室等。一旦出現(xiàn)火災(zāi)事故，火災(zāi)自動報警控制器會給出控制指令，將滅火系統(tǒng)打開，同時將一些相關(guān)的設(shè)備予以關(guān)閉。倘若火災(zāi)報警其控制器出現(xiàn)事故或者是異常情況，工作人員能夠在現(xiàn)場打開或關(guān)閉控制盤上的按鈕，進而達到有效控制氣體滅火設(shè)備的目的。

火災(zāi)報警之后，報警控制器會將主廠房內(nèi)的送風(fēng)機予以閉合；在溫度熔斷器熔斷的同時，防火閥將會自動關(guān)上，此外，利用消防報警控制器，還能夠?qū)崿F(xiàn)遠程開啟或關(guān)閉防火閥的目的。利用編程，消防報警控制器可以將相對應(yīng)的排水機予以停止。在結(jié)束火災(zāi)以后，將排風(fēng)機打開，便于廠房的排煙。在中控室利用硬接線，可以直接手動開啟或暫停不同部位的送風(fēng)機或者是排風(fēng)機，亦或在消防控制柜上，打開或者暫停送風(fēng)機。

在出現(xiàn)火災(zāi)時，在總線制聯(lián)控的方式之下，消火栓的警報按鈕會隨之開啟，利用總線把其要求的開啟信號傳送到火災(zāi)警報控制器上，然后由此處將消防水泵開啟的開關(guān)量觸點予以輸出。利用中控制內(nèi)的按鈕（合閘、跳閘），直接將其中任意一臺消防水泵予以開啟或者是關(guān)閉。在現(xiàn)場的消防控制柜之上，同樣利用開關(guān)能夠直接將其中的任意一臺消防水泵予以開啟或者是關(guān)閉。

6輔助以及公用設(shè)備控制系統(tǒng)

機組輔助設(shè)備以及公用設(shè)備控制的對象主要有以下六個，分別是：（1）機組技術(shù)供水系統(tǒng)；（2）調(diào)速器油壓裝置控制系統(tǒng)；（3）進水口閘門啟閉機系統(tǒng)；（4）高低壓壓縮空氣系統(tǒng)；（5）機組技術(shù)供水系統(tǒng)；（6）消防供水系統(tǒng)，等等。機組輔助設(shè)備以及公用設(shè)備彼此之前相獨立，單獨形成控制子系統(tǒng)，而對于設(shè)備的選型、系統(tǒng)的設(shè)計，均需達到頻繁操作與設(shè)備輪換起動的需要。在每一種輔助設(shè)備上，都安裝專門的控制柜，此外，采取施耐德TWIDO系列的PLC來達到自動控制系統(tǒng)邏輯控制的目的，同時設(shè)定兩種控制手段，即自動控制和手動控制，其中機組正常運作時設(shè)定為自動控制。

在機組輔助設(shè)備以及公用設(shè)備中，利用I/O接點，將設(shè)備的故障信號傳送到電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)中。

7結(jié)語

水電站電氣二次系統(tǒng)的構(gòu)造是一個極為繁雜的電氣工程項目，同時電氣二次系統(tǒng)在一定程度上影響著水電站的安全運行和生產(chǎn)效率，其在整個水電站當(dāng)中占據(jù)極為重要的地位，所以，加強對水電站電氣二次系統(tǒng)的設(shè)計工作具有十分重大的現(xiàn)實意義。

參考文獻

[1]?周廣鈺．大唐東升水電站電氣二次設(shè)計綜述[J]．黑龍

江水利科技，2012，40（9）．

[2]?李建，黃心寧．水電站電氣二次設(shè)備安裝過程控制

[J]．中國科技博覽，2009，（11）．

[3]?劉秋華．大中型水電站電氣防誤系統(tǒng)設(shè)計[J]．電力自

動化設(shè)備，2010，30（3）．

[4]?王見信．水電站電氣二次設(shè)備技術(shù)改造分析[J]．科技

與企業(yè)，2013，（13）．

endprint

（茂名市鑒江流域水利工程管理局，廣東 茂名 525000）

摘要：水電站的建設(shè)與發(fā)展具有極為重大且深遠的現(xiàn)實意義，而在水電站建設(shè)中，電氣二次系統(tǒng)的構(gòu)造是最為關(guān)鍵的部分。鑒于此，文章將以某水電站為例，對電氣二次系統(tǒng)的計算機監(jiān)控系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)等進行分析，以便確保水電站的正常運轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：水電站；電氣二次系統(tǒng)；計算機監(jiān)控系統(tǒng)；繼電保護

中圖分類號：TV547文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2014）22-0137-02某水電站是以發(fā)電、防洪為主，同時兼具庫區(qū)航運、養(yǎng)殖以及農(nóng)業(yè)灌溉等多種功能的一個水電站，其水庫的庫容是4.5億m3，而正常的蓄水位415m。在水電站內(nèi)安裝了容量在35MW的混流式水輪發(fā)電機組3臺，平均每年的發(fā)電量能夠達到1.8億kW·h，并且具有季節(jié)調(diào)節(jié)功能。該水電站采取110kV一級電壓接入系統(tǒng)，單母線接線為主要接線形式。水電站的建筑物主要包括泄洪建筑物、大壩、地下電站廠房等。

該水電站在初期發(fā)電的過程中存在一定的問題，因而導(dǎo)致發(fā)電極為不穩(wěn)定，針對這種情況，對水電站機組電氣二次系統(tǒng)的計算機監(jiān)控系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)等進行分析，以便能夠達到改善設(shè)備自動化，提升機組運行安全可靠性的目的。

1計算機監(jiān)控系統(tǒng)

該水電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)采取的是分層分布式的結(jié)構(gòu)，其主要的構(gòu)成部分有承擔(dān)整個水電站集中監(jiān)控任務(wù)的電站級與負責(zé)機組、公用設(shè)備與開關(guān)站等監(jiān)控任務(wù)現(xiàn)地控制級，同時利用同軸電纜以太網(wǎng)的方式，將全部現(xiàn)地控制單元與主機相連接。其中，現(xiàn)地控制單元共有兩套，即機組現(xiàn)地控制單元、公用設(shè)備現(xiàn)地控制單元；而電站級主要包含工程師工作站一臺、操作人員工作站兩臺。

圖1計算機監(jiān)控系統(tǒng)

在水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)擁有多種功能，主要表現(xiàn)為：實時采集和處理數(shù)據(jù)、實時監(jiān)視水電站的正常運作、控制和調(diào)節(jié)、水電站運作指導(dǎo)、聲音警報、屏幕顯示、數(shù)據(jù)通訊以及設(shè)備運作記錄和生產(chǎn)管理等。圖1為計算機監(jiān)控系統(tǒng)示意圖。

2勵磁系統(tǒng)

發(fā)電機采取自并激三相全控橋靜止可控硅整流勵磁系統(tǒng)，其中，主要有兩套數(shù)字式調(diào)節(jié)器組成勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，每一套調(diào)節(jié)器都是能夠依據(jù)轉(zhuǎn)子電流偏差手動的方式或者是按照電壓偏差自動控制的方式，對通道進行有效的調(diào)節(jié)。這兩套調(diào)節(jié)器互相備用，當(dāng)其中的一個調(diào)節(jié)器出現(xiàn)故障或者是發(fā)生異常時，自動的切換到另一個調(diào)節(jié)器上。另外，調(diào)節(jié)器同時還具有和計算機監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元LCU的通信接口，這樣可以達到調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)的目的。

此外，由兩個可控硅整流橋并聯(lián)組成勵磁系統(tǒng)的功率單元。倘若一個可控硅橋發(fā)生異常狀況時，勵磁系統(tǒng)可以達到機組（包含強勵）不同運轉(zhuǎn)工況的需要。勵磁系統(tǒng)的頂值電流倍數(shù)、頂值電壓倍數(shù)都是2，在勵磁系統(tǒng)內(nèi)有各種輔助單元，例如電壓跟蹤、過勵限制、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器等，同時還設(shè)有轉(zhuǎn)子過電壓、勵磁變壓器過電流等保護裝置。當(dāng)發(fā)電機為正常停機時，則使用逆變滅磁的方式，倘若機組發(fā)生異常，則使用快速直流開關(guān)聯(lián)合非線性電阻滅磁的形式。

3繼電保護系統(tǒng)

該水電站所采取的繼電保護裝置為微機型，其中各個保護裝置的配置均達到了有關(guān)規(guī)定（《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求》和《水力發(fā)電廠繼電保護設(shè)計導(dǎo)則》）的要求。發(fā)電機的保護主要表現(xiàn)在對以下幾個方面的保護，即發(fā)電機的橫差保護、發(fā)電機的縱差保護、對低壓過流的保護、過電壓保護、定子過負荷保護、轉(zhuǎn)子一點接地保護、定子一點接地保護、CT斷線保護、PT斷線保護以及失磁保護等。其中，對于主變壓器的保護，其所采取的是縱差保護，另外復(fù)合電壓閉鎖過電流保護、過負荷以及瓦斯等保護則是重要的后備保護方式。此外，對于110kV線路的保護，主要有三種，分別是過電流保護、方向過流閉鎖電壓速斷保護以及三相一次重合閘保護等。過電流與電流速斷對降壓變壓器進行保護。

4直流系統(tǒng)

該水電站的直流系統(tǒng)是電壓采取的是220V，依據(jù)有關(guān)規(guī)程的規(guī)定安裝了一套220V的直流系統(tǒng)裝置，另外準(zhǔn)備了蓄電池組兩個。以一小時作為水電站用電全停的時間，按照該水電站的實際狀況，水電站直流負荷所占比例較大的一部分為事故照明，這是蓄電池容量選取的一個關(guān)鍵性原因。為了確保能夠供應(yīng)穩(wěn)定的操作、控制、保護以及事故照明的電源，且便于直流配電設(shè)備型號的選擇，通過精確的計算，在水電站內(nèi)安裝400Ah蓄電池兩組。兩組蓄電池均供電給動力、事故照明以及控制負荷，進而形成混合供電直流系統(tǒng)，在直流系統(tǒng)中裝有單母線（二段獨立），在各個母線之間安裝了開關(guān)，便于彼此相連。通常情況下，免維護閥控式密封鉛酸蓄電池能夠進行重疊放置，進而節(jié)約空間，設(shè)備維護的勞動量也比較少，所以，直流蓄電池采取上述中的蓄電池。

5火災(zāi)自動保護系統(tǒng)

5.1火災(zāi)自動報警系統(tǒng)探測區(qū)域

該水電站火災(zāi)自動報警系統(tǒng)若干個不同的探測區(qū)域，其依次是一號發(fā)電機燈泡體中，二號發(fā)電機燈泡體中，三號發(fā)電機燈泡體中，中控樓，主廠房坑層，電纜層，電纜廊道和母線廊道，運行層副廠房，運行層主廠房，低壓柜層、裝卸場、高位油箱廊道層與安裝場，主變1B、2B以及GIS室，閘門啟閉機房等。其中，機組的廠家提供了發(fā)電機燈泡體中的一個火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

5.2火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的組成部分

首先，機組火災(zāi)報警系統(tǒng)中，熱敏傳感線與點式離子感煙探測器兩個部分構(gòu)成了探測器，倘若火災(zāi)報警控制臺與探測器兩者相連，能夠?qū)崿F(xiàn)聲光報警的目的。其次，采取模擬量探測報警技術(shù)來達到整個水電站的火災(zāi)報警。整場的火災(zāi)報警系統(tǒng)主要包含氣體滅火控制盤兩臺、火災(zāi)報警控制器一臺，并且將其設(shè)置在火災(zāi)報警控制柜當(dāng)中。

5.3消防設(shè)備的控制分析

在水電站的一些區(qū)域內(nèi)都安設(shè)七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)，例如繼保室、電纜廊道、大壩監(jiān)測室等。一旦出現(xiàn)火災(zāi)事故，火災(zāi)自動報警控制器會給出控制指令，將滅火系統(tǒng)打開，同時將一些相關(guān)的設(shè)備予以關(guān)閉。倘若火災(zāi)報警其控制器出現(xiàn)事故或者是異常情況，工作人員能夠在現(xiàn)場打開或關(guān)閉控制盤上的按鈕，進而達到有效控制氣體滅火設(shè)備的目的。

火災(zāi)報警之后，報警控制器會將主廠房內(nèi)的送風(fēng)機予以閉合；在溫度熔斷器熔斷的同時，防火閥將會自動關(guān)上，此外，利用消防報警控制器，還能夠?qū)崿F(xiàn)遠程開啟或關(guān)閉防火閥的目的。利用編程，消防報警控制器可以將相對應(yīng)的排水機予以停止。在結(jié)束火災(zāi)以后，將排風(fēng)機打開，便于廠房的排煙。在中控室利用硬接線，可以直接手動開啟或暫停不同部位的送風(fēng)機或者是排風(fēng)機，亦或在消防控制柜上，打開或者暫停送風(fēng)機。

在出現(xiàn)火災(zāi)時，在總線制聯(lián)控的方式之下，消火栓的警報按鈕會隨之開啟，利用總線把其要求的開啟信號傳送到火災(zāi)警報控制器上，然后由此處將消防水泵開啟的開關(guān)量觸點予以輸出。利用中控制內(nèi)的按鈕（合閘、跳閘），直接將其中任意一臺消防水泵予以開啟或者是關(guān)閉。在現(xiàn)場的消防控制柜之上，同樣利用開關(guān)能夠直接將其中的任意一臺消防水泵予以開啟或者是關(guān)閉。

6輔助以及公用設(shè)備控制系統(tǒng)

機組輔助設(shè)備以及公用設(shè)備控制的對象主要有以下六個，分別是：（1）機組技術(shù)供水系統(tǒng)；（2）調(diào)速器油壓裝置控制系統(tǒng)；（3）進水口閘門啟閉機系統(tǒng)；（4）高低壓壓縮空氣系統(tǒng)；（5）機組技術(shù)供水系統(tǒng)；（6）消防供水系統(tǒng)，等等。機組輔助設(shè)備以及公用設(shè)備彼此之前相獨立，單獨形成控制子系統(tǒng)，而對于設(shè)備的選型、系統(tǒng)的設(shè)計，均需達到頻繁操作與設(shè)備輪換起動的需要。在每一種輔助設(shè)備上，都安裝專門的控制柜，此外，采取施耐德TWIDO系列的PLC來達到自動控制系統(tǒng)邏輯控制的目的，同時設(shè)定兩種控制手段，即自動控制和手動控制，其中機組正常運作時設(shè)定為自動控制。

在機組輔助設(shè)備以及公用設(shè)備中，利用I/O接點，將設(shè)備的故障信號傳送到電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)中。

7結(jié)語

水電站電氣二次系統(tǒng)的構(gòu)造是一個極為繁雜的電氣工程項目，同時電氣二次系統(tǒng)在一定程度上影響著水電站的安全運行和生產(chǎn)效率，其在整個水電站當(dāng)中占據(jù)極為重要的地位，所以，加強對水電站電氣二次系統(tǒng)的設(shè)計工作具有十分重大的現(xiàn)實意義。

參考文獻

[1]?周廣鈺．大唐東升水電站電氣二次設(shè)計綜述[J]．黑龍

江水利科技，2012，40（9）．

[2]?李建，黃心寧．水電站電氣二次設(shè)備安裝過程控制

[J]．中國科技博覽，2009，（11）．

[3]?劉秋華．大中型水電站電氣防誤系統(tǒng)設(shè)計[J]．電力自

動化設(shè)備，2010，30（3）．

[4]?王見信．水電站電氣二次設(shè)備技術(shù)改造分析[J]．科技

與企業(yè)，2013，（13）．

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（茂名市鑒江流域水利工程管理局，廣東 茂名 525000）

摘要：水電站的建設(shè)與發(fā)展具有極為重大且深遠的現(xiàn)實意義，而在水電站建設(shè)中，電氣二次系統(tǒng)的構(gòu)造是最為關(guān)鍵的部分。鑒于此，文章將以某水電站為例，對電氣二次系統(tǒng)的計算機監(jiān)控系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)等進行分析，以便確保水電站的正常運轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：水電站；電氣二次系統(tǒng)；計算機監(jiān)控系統(tǒng)；繼電保護

中圖分類號：TV547文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2014）22-0137-02某水電站是以發(fā)電、防洪為主，同時兼具庫區(qū)航運、養(yǎng)殖以及農(nóng)業(yè)灌溉等多種功能的一個水電站，其水庫的庫容是4.5億m3，而正常的蓄水位415m。在水電站內(nèi)安裝了容量在35MW的混流式水輪發(fā)電機組3臺，平均每年的發(fā)電量能夠達到1.8億kW·h，并且具有季節(jié)調(diào)節(jié)功能。該水電站采取110kV一級電壓接入系統(tǒng)，單母線接線為主要接線形式。水電站的建筑物主要包括泄洪建筑物、大壩、地下電站廠房等。

該水電站在初期發(fā)電的過程中存在一定的問題，因而導(dǎo)致發(fā)電極為不穩(wěn)定，針對這種情況，對水電站機組電氣二次系統(tǒng)的計算機監(jiān)控系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)等進行分析，以便能夠達到改善設(shè)備自動化，提升機組運行安全可靠性的目的。

1計算機監(jiān)控系統(tǒng)

該水電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)采取的是分層分布式的結(jié)構(gòu)，其主要的構(gòu)成部分有承擔(dān)整個水電站集中監(jiān)控任務(wù)的電站級與負責(zé)機組、公用設(shè)備與開關(guān)站等監(jiān)控任務(wù)現(xiàn)地控制級，同時利用同軸電纜以太網(wǎng)的方式，將全部現(xiàn)地控制單元與主機相連接。其中，現(xiàn)地控制單元共有兩套，即機組現(xiàn)地控制單元、公用設(shè)備現(xiàn)地控制單元；而電站級主要包含工程師工作站一臺、操作人員工作站兩臺。

圖1計算機監(jiān)控系統(tǒng)

在水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)擁有多種功能，主要表現(xiàn)為：實時采集和處理數(shù)據(jù)、實時監(jiān)視水電站的正常運作、控制和調(diào)節(jié)、水電站運作指導(dǎo)、聲音警報、屏幕顯示、數(shù)據(jù)通訊以及設(shè)備運作記錄和生產(chǎn)管理等。圖1為計算機監(jiān)控系統(tǒng)示意圖。

2勵磁系統(tǒng)

發(fā)電機采取自并激三相全控橋靜止可控硅整流勵磁系統(tǒng)，其中，主要有兩套數(shù)字式調(diào)節(jié)器組成勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，每一套調(diào)節(jié)器都是能夠依據(jù)轉(zhuǎn)子電流偏差手動的方式或者是按照電壓偏差自動控制的方式，對通道進行有效的調(diào)節(jié)。這兩套調(diào)節(jié)器互相備用，當(dāng)其中的一個調(diào)節(jié)器出現(xiàn)故障或者是發(fā)生異常時，自動的切換到另一個調(diào)節(jié)器上。另外，調(diào)節(jié)器同時還具有和計算機監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元LCU的通信接口，這樣可以達到調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)的目的。

此外，由兩個可控硅整流橋并聯(lián)組成勵磁系統(tǒng)的功率單元。倘若一個可控硅橋發(fā)生異常狀況時，勵磁系統(tǒng)可以達到機組（包含強勵）不同運轉(zhuǎn)工況的需要。勵磁系統(tǒng)的頂值電流倍數(shù)、頂值電壓倍數(shù)都是2，在勵磁系統(tǒng)內(nèi)有各種輔助單元，例如電壓跟蹤、過勵限制、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器等，同時還設(shè)有轉(zhuǎn)子過電壓、勵磁變壓器過電流等保護裝置。當(dāng)發(fā)電機為正常停機時，則使用逆變滅磁的方式，倘若機組發(fā)生異常，則使用快速直流開關(guān)聯(lián)合非線性電阻滅磁的形式。

3繼電保護系統(tǒng)

該水電站所采取的繼電保護裝置為微機型，其中各個保護裝置的配置均達到了有關(guān)規(guī)定（《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求》和《水力發(fā)電廠繼電保護設(shè)計導(dǎo)則》）的要求。發(fā)電機的保護主要表現(xiàn)在對以下幾個方面的保護，即發(fā)電機的橫差保護、發(fā)電機的縱差保護、對低壓過流的保護、過電壓保護、定子過負荷保護、轉(zhuǎn)子一點接地保護、定子一點接地保護、CT斷線保護、PT斷線保護以及失磁保護等。其中，對于主變壓器的保護，其所采取的是縱差保護，另外復(fù)合電壓閉鎖過電流保護、過負荷以及瓦斯等保護則是重要的后備保護方式。此外，對于110kV線路的保護，主要有三種，分別是過電流保護、方向過流閉鎖電壓速斷保護以及三相一次重合閘保護等。過電流與電流速斷對降壓變壓器進行保護。

4直流系統(tǒng)

該水電站的直流系統(tǒng)是電壓采取的是220V，依據(jù)有關(guān)規(guī)程的規(guī)定安裝了一套220V的直流系統(tǒng)裝置，另外準(zhǔn)備了蓄電池組兩個。以一小時作為水電站用電全停的時間，按照該水電站的實際狀況，水電站直流負荷所占比例較大的一部分為事故照明，這是蓄電池容量選取的一個關(guān)鍵性原因。為了確保能夠供應(yīng)穩(wěn)定的操作、控制、保護以及事故照明的電源，且便于直流配電設(shè)備型號的選擇，通過精確的計算，在水電站內(nèi)安裝400Ah蓄電池兩組。兩組蓄電池均供電給動力、事故照明以及控制負荷，進而形成混合供電直流系統(tǒng)，在直流系統(tǒng)中裝有單母線（二段獨立），在各個母線之間安裝了開關(guān)，便于彼此相連。通常情況下，免維護閥控式密封鉛酸蓄電池能夠進行重疊放置，進而節(jié)約空間，設(shè)備維護的勞動量也比較少，所以，直流蓄電池采取上述中的蓄電池。

5火災(zāi)自動保護系統(tǒng)

5.1火災(zāi)自動報警系統(tǒng)探測區(qū)域

該水電站火災(zāi)自動報警系統(tǒng)若干個不同的探測區(qū)域，其依次是一號發(fā)電機燈泡體中，二號發(fā)電機燈泡體中，三號發(fā)電機燈泡體中，中控樓，主廠房坑層，電纜層，電纜廊道和母線廊道，運行層副廠房，運行層主廠房，低壓柜層、裝卸場、高位油箱廊道層與安裝場，主變1B、2B以及GIS室，閘門啟閉機房等。其中，機組的廠家提供了發(fā)電機燈泡體中的一個火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

5.2火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的組成部分

首先，機組火災(zāi)報警系統(tǒng)中，熱敏傳感線與點式離子感煙探測器兩個部分構(gòu)成了探測器，倘若火災(zāi)報警控制臺與探測器兩者相連，能夠?qū)崿F(xiàn)聲光報警的目的。其次，采取模擬量探測報警技術(shù)來達到整個水電站的火災(zāi)報警。整場的火災(zāi)報警系統(tǒng)主要包含氣體滅火控制盤兩臺、火災(zāi)報警控制器一臺，并且將其設(shè)置在火災(zāi)報警控制柜當(dāng)中。

5.3消防設(shè)備的控制分析

在水電站的一些區(qū)域內(nèi)都安設(shè)七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)，例如繼保室、電纜廊道、大壩監(jiān)測室等。一旦出現(xiàn)火災(zāi)事故，火災(zāi)自動報警控制器會給出控制指令，將滅火系統(tǒng)打開，同時將一些相關(guān)的設(shè)備予以關(guān)閉。倘若火災(zāi)報警其控制器出現(xiàn)事故或者是異常情況，工作人員能夠在現(xiàn)場打開或關(guān)閉控制盤上的按鈕，進而達到有效控制氣體滅火設(shè)備的目的。

火災(zāi)報警之后，報警控制器會將主廠房內(nèi)的送風(fēng)機予以閉合；在溫度熔斷器熔斷的同時，防火閥將會自動關(guān)上，此外，利用消防報警控制器，還能夠?qū)崿F(xiàn)遠程開啟或關(guān)閉防火閥的目的。利用編程，消防報警控制器可以將相對應(yīng)的排水機予以停止。在結(jié)束火災(zāi)以后，將排風(fēng)機打開，便于廠房的排煙。在中控室利用硬接線，可以直接手動開啟或暫停不同部位的送風(fēng)機或者是排風(fēng)機，亦或在消防控制柜上，打開或者暫停送風(fēng)機。

在出現(xiàn)火災(zāi)時，在總線制聯(lián)控的方式之下，消火栓的警報按鈕會隨之開啟，利用總線把其要求的開啟信號傳送到火災(zāi)警報控制器上，然后由此處將消防水泵開啟的開關(guān)量觸點予以輸出。利用中控制內(nèi)的按鈕（合閘、跳閘），直接將其中任意一臺消防水泵予以開啟或者是關(guān)閉。在現(xiàn)場的消防控制柜之上，同樣利用開關(guān)能夠直接將其中的任意一臺消防水泵予以開啟或者是關(guān)閉。

6輔助以及公用設(shè)備控制系統(tǒng)

機組輔助設(shè)備以及公用設(shè)備控制的對象主要有以下六個，分別是：（1）機組技術(shù)供水系統(tǒng)；（2）調(diào)速器油壓裝置控制系統(tǒng)；（3）進水口閘門啟閉機系統(tǒng)；（4）高低壓壓縮空氣系統(tǒng)；（5）機組技術(shù)供水系統(tǒng)；（6）消防供水系統(tǒng)，等等。機組輔助設(shè)備以及公用設(shè)備彼此之前相獨立，單獨形成控制子系統(tǒng)，而對于設(shè)備的選型、系統(tǒng)的設(shè)計，均需達到頻繁操作與設(shè)備輪換起動的需要。在每一種輔助設(shè)備上，都安裝專門的控制柜，此外，采取施耐德TWIDO系列的PLC來達到自動控制系統(tǒng)邏輯控制的目的，同時設(shè)定兩種控制手段，即自動控制和手動控制，其中機組正常運作時設(shè)定為自動控制。

在機組輔助設(shè)備以及公用設(shè)備中，利用I/O接點，將設(shè)備的故障信號傳送到電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)中。

7結(jié)語

水電站電氣二次系統(tǒng)的構(gòu)造是一個極為繁雜的電氣工程項目，同時電氣二次系統(tǒng)在一定程度上影響著水電站的安全運行和生產(chǎn)效率，其在整個水電站當(dāng)中占據(jù)極為重要的地位，所以，加強對水電站電氣二次系統(tǒng)的設(shè)計工作具有十分重大的現(xiàn)實意義。

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