水電站綜合自動化系統(tǒng)技術(shù)改造

水電站綜合自動化系統(tǒng)技術(shù)改造摘要：本文以某水電站綜合自動化系統(tǒng)的技術(shù)改造工程為例，對水電站工程現(xiàn)狀及存在的問題進(jìn)行了分析與研究，并對水電站綜合自動化系統(tǒng)技改方案進(jìn)行了探討，以期能夠提高水電站的效益，確保水電站的安全、可靠、穩(wěn)定運行。關(guān)鍵詞：水電站；綜合自動化系統(tǒng)；改造方案；運行穩(wěn)定隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，水電站也向著智能化的方向改進(jìn)。目前，采用綜合自動化系統(tǒng)已經(jīng)成為水電站的發(fā)展趨勢，其對水力系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性具有非常重要的意義，是促進(jìn)水電站安全運行的重要措施。本文作者根據(jù)多年工作經(jīng)驗與實踐，對某水電站的狀況以及存在問題進(jìn)行了分析，并針對監(jiān)控系統(tǒng)以及微機保護(hù)配置兩大方面對水電站綜合自動化系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造探討、分析，目的是為了提高水電站安全、可靠穩(wěn)定運行水平，降低運行維護(hù)成本，可供參考。1工程現(xiàn)狀及存在的問題某水電站為壩后引水式季節(jié)性電站，裝機容量為2x6500kW。該電站建成投產(chǎn)運行幾十余年來，給當(dāng)?shù)氐膰窠?jīng)濟(jì)發(fā)展、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了可靠的電力能源，產(chǎn)生了較好的社會效益。目前水庫防洪與發(fā)電的客觀條件良好，但是電站控制、保護(hù)、計量等自動化設(shè)備陳舊，數(shù)據(jù)采集通信不暢，與控制系統(tǒng)不配套，維護(hù)代價過高，所以機組自動化在運行中，頻繁出現(xiàn)故障，效率下降，電能質(zhì)量下降，無法產(chǎn)生最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。2綜合自動化系統(tǒng)技改方案針對電站存在的問題，按照安全可靠，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)運行的原則對電站進(jìn)行綜合自動化系統(tǒng)改造，系統(tǒng)建成后，將實現(xiàn)集信息采集、傳輸、優(yōu)化調(diào)度與自動監(jiān)控于一體的現(xiàn)代化電站管理功能，本系統(tǒng)設(shè)計主要由監(jiān)控系統(tǒng)、微機保護(hù)、計量、同期等幾個部分組成，電站自動化綜合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖1。圖1電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2.1監(jiān)控系統(tǒng)電站監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能迅速、準(zhǔn)確、有效地完成對電站被控對象的安全監(jiān)視和控制，系統(tǒng)采用全分布開放式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，設(shè)主控級計算機兼操作人員工作站和系統(tǒng)服務(wù)器，實現(xiàn)雙機熱備用。電站設(shè)置獨立的綜合自動化系統(tǒng)，控制級別分為站控級、現(xiàn)地自動\手動控制級，現(xiàn)地控制級按被控對象配置機組LCU、公用設(shè)備LCU等現(xiàn)地控制單元?，F(xiàn)地單元和監(jiān)控主機之間由以太網(wǎng)連接，現(xiàn)地單元將信號傳送到監(jiān)控主機，并接受其指令，實現(xiàn)集中自動控制。站控級負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和管理各現(xiàn)地控制單元的工作、收集有關(guān)信息并作相應(yīng)處理和存儲，設(shè)備預(yù)留與遠(yuǎn)方調(diào)度計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊的接口和功能。2.1.1監(jiān)控系統(tǒng)組成主要包括以下內(nèi)容：1）兩臺監(jiān)控主機；2）一臺操作員工作站；3）二套發(fā)電機現(xiàn)地控制單元LCU，包括交流采樣裝置等；4）一套公用現(xiàn)地控制單元LCU，包括交流采樣裝置等；5）一套工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（包括智能交換機、防火墻等）；6）一套電站公用的GPS系統(tǒng)時鐘同步裝置；7）一套逆變穩(wěn)壓電源；8）一套語音報警系統(tǒng)裝置；9）一臺打印機；10）以太網(wǎng)交換；11）通信附件及電纜；12）一套中控室控制臺；13）備品備件、專用工具及維修試驗設(shè)備；14）提供的軟件包括：系統(tǒng)軟件；支持軟件；應(yīng)用軟件。2.1.2監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控對象主要包括以下內(nèi)容：1）兩臺水輪機及其輔助設(shè)備；2）兩臺三相同步發(fā)電機及其輔助設(shè)備；3）一臺主變壓器；4）35kV母線；5）6kV母線；6）電站公用設(shè)備及閘門；7）油系統(tǒng);8）排水系統(tǒng)；9）氣系統(tǒng)；10）電站廠用電系統(tǒng)；11）直流電系統(tǒng)；12）電站水力監(jiān)測系統(tǒng)2.1.3監(jiān)控系統(tǒng)功能電站監(jiān)控主機設(shè)在中控室，監(jiān)控系統(tǒng)通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)總線接口與各測控單元通訊，實現(xiàn)全站數(shù)據(jù)采集和處理，實時控制和調(diào)節(jié)，安全運行監(jiān)視，屏幕顯示，事故處理指導(dǎo)和恢復(fù)操作指導(dǎo)，實現(xiàn)機組控制操作和輔助設(shè)備等的控制；系統(tǒng)可根據(jù)運行值班人員的指令說程序設(shè)定，參考現(xiàn)地的狀況，手動或自動進(jìn)行控制，亦可下傳至現(xiàn)地LCU控制，使全站保持最佳運行工況。另外系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)通信，鍵盤操作，文件打印，電站設(shè)備運行維護(hù)管理，系統(tǒng)診斷，軟件開發(fā)及培訓(xùn)等功能，以達(dá)到"無人值班、少人值守〃的要求。2.2微機保護(hù)配置電站的保護(hù)裝置采用NED-800系列的微機繼電保護(hù)裝置，與監(jiān)控系統(tǒng)有通信接口，各保護(hù)裝置在中控室統(tǒng)一組屏安裝。其中：主變壓器保護(hù)裝置三套，組屏一面；35kVPT監(jiān)測裝置一套；兩臺發(fā)電機保護(hù)裝置各一套，組屏一面，6kVPT監(jiān)測裝置一套，1臺站變保護(hù)裝置，10kV線路監(jiān)測裝置一套。保護(hù)裝置的設(shè)置根據(jù)電氣主接線和《繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計規(guī)程》確定，這里不做敘述。電站機電設(shè)備參數(shù)：主變壓器型號：SF11-20000/35，20000kVA，38.5kV±2x2.5%/6.3kV。發(fā)電機型號：SF7000-16/3300；額定電壓Un=6.3kV；功率因數(shù)COS①=0.8。經(jīng)過整定后得出保護(hù)裝置完成預(yù)定保護(hù)功能所需的動作參數(shù)值，達(dá)到整定值，保護(hù)裝置動作。微機主要保護(hù)功能及配置概述如下：2.2.1主變壓器保護(hù)1） 主變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)主變設(shè)置縱聯(lián)差動保護(hù)裝置，保護(hù)為比率制動式，應(yīng)能反映出變壓器引出線、套管及內(nèi)部的短路等故障，能躲過勵磁涌流和外部短路產(chǎn)生的不平衡電流，并具有防止誤動及CT斷線閉鎖功能。保護(hù)分別瞬時動作于主變高/低壓側(cè)斷路器跳閘。差動保護(hù)整定結(jié)果：差動速斷保護(hù)電流整定范圍：1.00-100.00A（0.8?10In）整定值18.35A。差動保護(hù)起動電流整定范圍：0.10-50.00A（0.3?0.5In）整定值1.84A。差動制動電流整定范圍：0.10-50.00A（0.8?1.2In）整定值3.67A。比例制動系數(shù)0.20-0.90整定值0.50。二次諧波制動系數(shù)：0.10-0.50整定值0.17。2） 主變壓器高壓側(cè)復(fù)合電壓啟動的過電流保護(hù)此保護(hù)作為主變壓器后備保護(hù)，應(yīng)能反應(yīng)由外部相間短路引起的變壓器過電流等故障。保護(hù)應(yīng)帶時限動作于主變壓器高壓側(cè)斷路器跳閘。保護(hù)的整定：動作電流整定范圍：0.2?20A整定值7.34A。負(fù)序動作電壓整定范圍：1?30V整定值6V。相間動作低電壓整定范圍：1?100V整定值70V。動作時間整定范圍：0.1?10s整定值1.5s。3）主變壓器低壓側(cè)復(fù)合電壓啟動的過電流保護(hù)此保護(hù)作為主變壓器后備保護(hù)，應(yīng)能反應(yīng)由外部相間短路引起的變壓器過電流等故障。保護(hù)應(yīng)帶時限動作于主變壓器低壓側(cè)斷路器跳閘。保護(hù)的整定：動作電流整定范圍：0.2?20A整定值5.18A。負(fù)序動作電壓整定范圍：1?30V整定值6V。相間動作低電壓整定范圍：1?100V整定值70V。動作時間整定范圍：0.1?10s整定值1.2s。另外還要實現(xiàn)主變壓器的瓦斯保護(hù)，溫度保護(hù)，油位保護(hù)壓力釋放保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)。兩個站用變壓器高、低壓側(cè)設(shè)置速斷保護(hù)即可。2.2.2發(fā)電機保護(hù)1）發(fā)電機差動保護(hù)此保護(hù)為比率制動式，用于反應(yīng)發(fā)電機定子繞組及其引出線上的相間短路，具有CT斷線閉鎖功能。保護(hù)瞬時動作于停機、滅磁、斷路器跳閘。動作電流整定范圍：0.05?5A整定值1.21A。比例制動系數(shù)：0.15?0.4整定值0.2。2）發(fā)電機復(fù)合電壓過電流保護(hù)此保護(hù)作為發(fā)電機的后備保護(hù)，應(yīng)能反應(yīng)發(fā)電機內(nèi)部及其引出線的短路故障。帶時限動作于發(fā)電機斷路器跳閘、滅磁、停機。保護(hù)的整定：動作電流整定范圍：0.2?20A整定值5.347A。負(fù)序動作電壓整定范圍：1?30V整定值6.5V。相間動作低電壓整定范圍：1?100V整定值70V。動作時間整定范圍：0.1?10s整定值2s。3）發(fā)電機定子繞組接地保護(hù)90%?95%定子繞組接地保護(hù)可由基波零序電壓原理構(gòu)成，為提高保護(hù)的靈敏度，零序電壓元件輸入回路應(yīng)加裝用于消除三次諧波的濾波器。保護(hù)帶時限動作于信號或動作于停機。保護(hù)的整定：基波零序電壓整定范圍：1?50V整定值13V。動作時間整定范圍：0.1?10s整定值0.5s。4）發(fā)電機定子繞組過負(fù)荷保護(hù)此保護(hù)采用單相式，延時后發(fā)出定子繞組過負(fù)荷信號。動作電流整定范圍：1?20A整定值4.68A。動作時間整定范圍：0.1?10s整定值0.5s。5）發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地保護(hù)此保護(hù)應(yīng)能反應(yīng)轉(zhuǎn)子繞組上的任一點接地故障及絕緣電阻的降低，保護(hù)的靈敏度不應(yīng)隨轉(zhuǎn)子接地點的變化而改變。保護(hù)帶延時動作于信號。保護(hù)的整定：轉(zhuǎn)子接地電阻整定范圍：0.5kQ?50kQ整定值5kQ。動作時間整定范圍：1?10s整定值3s。除以上主要保護(hù)外還要實現(xiàn)發(fā)電機的過電壓保護(hù)和失磁保護(hù)，保護(hù)帶延時動作于發(fā)電機解列、滅磁、失磁故障。2.2.3微機PT監(jiān)測裝置微機PT監(jiān)測裝置設(shè)置于母線，能實現(xiàn)過電壓保護(hù)、低電壓保護(hù)、接地保護(hù)、PT斷線報警等功能。3計量電站計量系統(tǒng)采用智能電子式電度表，電度表應(yīng)滿足計算機監(jiān)控系統(tǒng)的要求，具有脈沖輸出及數(shù)據(jù)輸出，并且有分時計費功能及失壓記錄功能，要能與公用LCU串行通信，系統(tǒng)所有電度表組一面屏安裝。計量方式如下：1） 電站計量點設(shè)置在變壓器高壓側(cè)35kV出線側(cè)。計量方式為雙向計量。2） 兩臺發(fā)電機出口均設(shè)置計量點。計量方式為單向計量。3） 附近10kV電源進(jìn)線（去站用變壓器）計量點。計量方式為單向計量。4同期電站同期點定在兩臺發(fā)電機出口側(cè)，采用微機自動準(zhǔn)同期和手動準(zhǔn)同期裝置，設(shè)置同期屏一面。在發(fā)電機工作方式下，對待并入電網(wǎng)的發(fā)電機，準(zhǔn)同期裝置自動調(diào)節(jié)頻率、電壓，合閘相位與電網(wǎng)相同，當(dāng)調(diào)整到具備并網(wǎng)條件時，自動合上發(fā)電機的同期合閘開關(guān)，完成發(fā)電機的自動并網(wǎng)，或者用戶可以手動按面板的"確認(rèn)〃鍵或其它"認(rèn)可〃操作進(jìn)行合閘。手動同期裝置和自動準(zhǔn)同期裝置應(yīng)是互相獨立、互不干擾的兩套裝置。5結(jié)語總之，水電站綜合自動化系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，其對水電站的穩(wěn)定運行具有非常重要的意義。實踐證明，經(jīng)過水電站綜合自動化系統(tǒng)的技術(shù)改造，大大提高了該水電站自動化水平