電氣二次系統(tǒng)主要技術(shù)問題的研究

電氣二次系統(tǒng)主要技術(shù)問題的研究

0串4/3線路瀑布溝水庫配備6臺600mw水輪發(fā)電裝置。發(fā)電機(jī)和變壓器采用單元接線，設(shè)置了發(fā)電機(jī)出口斷路器。500kV開關(guān)站設(shè)置了2條母線，開關(guān)布置為4/3方式，共有4串4/3接線的支路。整個系統(tǒng)通過4條500kV線路至眉山東坡變電站。針對瀑布溝水電站機(jī)組臺數(shù)多、單機(jī)容量大以及相應(yīng)輔助系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜的特點，為了確保電站主要機(jī)電設(shè)備安全穩(wěn)定運行，設(shè)計中對電氣二次系統(tǒng)主要包括監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、220V直流系統(tǒng)、接入系統(tǒng)、微機(jī)五防系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、門禁及安防系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、主設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的主要技術(shù)問題和技術(shù)方案進(jìn)行了認(rèn)真的比選和研究，下面主要介紹電氣二次系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)、原則以及各子系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)問題。1設(shè)計的目的和原則1.1數(shù)字煤調(diào)儀的應(yīng)用建議基于瀑布溝水電站的重要性，在電氣二次系統(tǒng)設(shè)計時對其方案選擇、設(shè)備選型等方面提出了如下目標(biāo)：(1）所采用的技術(shù)應(yīng)為當(dāng)今水電站較為成熟的技術(shù)，且在今后較長時間內(nèi)不需要更新?lián)Q代；(2）為提高電站運行的可靠性和安全性，各子系統(tǒng)盡量選用數(shù)字式設(shè)備，便于系統(tǒng)設(shè)備運行、操作的智能化管理和監(jiān)視；(3）從保證電站安全穩(wěn)定運行、改善運維人員的工作環(huán)境和減輕勞動強(qiáng)度出發(fā)，充分利用當(dāng)今計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，盡可能實現(xiàn)各子系統(tǒng)的互聯(lián)，提高電站綜合自動化水平；(4）實現(xiàn)大渡河流域成都集控中心對本電站的遠(yuǎn)方監(jiān)視和控制，使電站達(dá)到“無人值班”（少人值守）的自動化水平，提高電站的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。1.2對電站主要運行安全的影響由于瀑布溝水電站機(jī)電設(shè)備復(fù)雜，國內(nèi)外供貨廠家眾多，因此，電站整個二次系統(tǒng)的設(shè)計原則考慮如下：(1）對故障后可能危及機(jī)組和電力系統(tǒng)安全的硬件，應(yīng)按冗余方式進(jìn)行配置，以確保電站安全穩(wěn)定運行；(2）對電站主設(shè)備事故或故障時的控制和保護(hù)系統(tǒng)信息，其作用對象將主要從保證電站主設(shè)備自身安全出發(fā)，同時也兼顧系統(tǒng)運行安全的需要進(jìn)行考慮；(3）對直接關(guān)系到主設(shè)備運行安全的信息，應(yīng)確保其接口的可靠性，除可從通信接口取得外，還應(yīng)保留I/O硬接線連接方式，如繼電保護(hù)故障動作信號、機(jī)械故障信號以及主設(shè)備的控制及調(diào)節(jié)命令等；(4）對與電站主設(shè)備控制和操作無直接關(guān)系的輔助系統(tǒng)，不考慮與現(xiàn)地控制單元直接互聯(lián)。如通風(fēng)空調(diào)控制系統(tǒng)、微機(jī)五防系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、主設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等，將直接與廠站層廠內(nèi)通信服務(wù)器互聯(lián)，以確保電站主設(shè)備運行的安全性和可靠性。2第二系統(tǒng)介紹2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計整個電站監(jiān)控系統(tǒng)的I/O量(包括其它數(shù)據(jù)通訊信號)約為39000點左右。為了提高系統(tǒng)的實時性和可靠性，主要解決監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)型式、現(xiàn)地控制單元配置以及內(nèi)外信息接口方式等問題。(1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。瀑布溝水電站監(jiān)控系統(tǒng)由廠站層（上位機(jī)）和現(xiàn)地LCU層（下位機(jī)）組成，如圖1所示。采用全開放的分布式星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其主要設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)均采用雙機(jī)雙網(wǎng)冗余配置，以構(gòu)成高可靠的開放式冗余高速網(wǎng)絡(luò)型實時閉環(huán)過程控制系統(tǒng)。瀑布溝水電站監(jiān)控系統(tǒng)采用功能分布和數(shù)據(jù)庫分布方式，全廠數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫分布在廠站層計算機(jī)中，各單元數(shù)據(jù)庫分布在各個現(xiàn)地控制單元LCU中，系統(tǒng)各功能分布在系統(tǒng)的各個節(jié)點上，每個節(jié)點嚴(yán)格執(zhí)行指定的任務(wù)并通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與其它節(jié)點進(jìn)行通訊。整個系統(tǒng)采用無主結(jié)構(gòu)，操作員工作站中與監(jiān)控有關(guān)的實時信息全部直接來自LCU，即使數(shù)據(jù)庫服務(wù)器全部故障，也不影響電站設(shè)備的監(jiān)視和控制。(2）現(xiàn)地LCU層結(jié)構(gòu)。LCU實現(xiàn)對各生產(chǎn)對象的監(jiān)控，各LCU的CPU完成各LCU的管理，并帶有其監(jiān)控范圍內(nèi)的完整的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)全開放的分布式系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)庫。LCU直接上網(wǎng)，與上級調(diào)度計算機(jī)的通信可以不通過主控級設(shè)備直接傳送信息。各現(xiàn)地控制單元具備較強(qiáng)的獨立運行能力，在脫離廠站級的狀態(tài)下能夠完成其監(jiān)控范圍內(nèi)設(shè)備的實時數(shù)據(jù)采集處理、設(shè)定值修改、設(shè)備工況調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換、事故處理等任務(wù)?，F(xiàn)地控制單元層采用按單元分布的原則，瀑布溝水電站監(jiān)控系統(tǒng)LCU按被控對象設(shè)置，分別為每臺機(jī)組、地下副廠房廠用和公用設(shè)備、安裝間廠用和公用設(shè)備、500kV開關(guān)站、地面副廠房廠用和公用設(shè)備、進(jìn)水口閘門、大壩閘門、尼日河首部閘門各設(shè)一個LCU，共13個LCU單元。(3）信息接口方式。對信息量較大的地方，盡量采用現(xiàn)場總線和遠(yuǎn)程I/O模塊進(jìn)行采集，并將遠(yuǎn)程I/O設(shè)備放置在現(xiàn)地設(shè)備附近，如500kVGIS開關(guān)站、大壩閘門等系統(tǒng)；對繼電保護(hù)、勵磁以及調(diào)速等系統(tǒng)的重要信息除采用硬接線方式外，還采用了現(xiàn)場總線方式；對與電站主設(shè)備運行無直接關(guān)聯(lián)的輔助系統(tǒng)信息，除需直接跳閘停機(jī)的信號外，一般不直接與LCU進(jìn)行互聯(lián)，而是與廠站層的廠內(nèi)通信服務(wù)器進(jìn)行通信，如工業(yè)電視系統(tǒng)、消防監(jiān)控系統(tǒng)、微機(jī)五防系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、主設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等，以減少電纜接線，增加系統(tǒng)可靠性。2.2tpe級電流對于暫態(tài)特性的影響(1）電站繼電保護(hù)系統(tǒng)具體配置，各設(shè)備電氣量保護(hù)詳見表1所示，非電量保護(hù)配置詳見表2所示。(2）差動保護(hù)用電流互感器型號選擇。發(fā)電機(jī)、主變、電抗器、線路差動保護(hù)均采用TPY級電流互感器。TPY級互感器鐵心帶有氣隙，因而磁阻較大，增長了互感器到達(dá)飽和的時間，不易飽和，即有更長的時間可保持線性轉(zhuǎn)換傳變關(guān)系，使暫態(tài)特性大大改善?；ジ衅鲿r間常數(shù)減少，鐵心面積可減少；剩磁減少也有利于暫態(tài)特性的改善，因而TPY級可在準(zhǔn)確限值條件下保證全電流的最大峰值瞬時誤差ε=10%。因此，TPY級互感器具有較好的暫態(tài)特性和限制剩磁的作用，以保證保護(hù)區(qū)外不誤動、保護(hù)區(qū)內(nèi)正確動作。并且，符合《DLT866-2004電流互感器和電壓互感器選擇及計算導(dǎo)則》選型要求。2.3跟蹤自動通道瀑布溝發(fā)電機(jī)采用自并勵靜止勵磁系統(tǒng)。勵磁功率柜配置為n-1冗余模式。當(dāng)其中任意一組整流橋故障時，其余三組仍能滿足各種運行工況的要求，當(dāng)兩組整流橋故障時，限制強(qiáng)勵。調(diào)節(jié)控制是由高速可編程控制器完成的，為提高可靠性采用雙通道系統(tǒng)并聯(lián)運行，雙通道數(shù)據(jù)采集相對獨立。正常運行時，勵磁調(diào)節(jié)采用自動電壓調(diào)節(jié)方式AVR，手動調(diào)節(jié)勵磁電流FCR方式用于調(diào)試和試驗，一般情況下手動通道自動跟蹤自動通道，可實現(xiàn)無擾動切換。為了保證設(shè)備安全穩(wěn)定運行，勵磁系統(tǒng)具備以下功能：V/F限制、過勵限制（最大勵磁電流限制、過勵側(cè)定子電流限制）、欠勵限制（P/Q限制、欠勵側(cè)定子電流限制、最小勵磁電流限制）。并且，為改善系統(tǒng)阻尼特性，還設(shè)有PSS電力系統(tǒng)穩(wěn)定器功能。為了達(dá)到更好的滅磁效果，作了以下兩方面重點考慮：(1）滅磁開關(guān)。依據(jù)瀑布溝水電站發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)參數(shù)，分別對額定空載滅磁、額定負(fù)載滅磁、正常強(qiáng)勵跳閘滅磁、空載誤強(qiáng)勵滅磁、負(fù)載誤強(qiáng)勵滅磁以及機(jī)端三相短路滅磁等情況進(jìn)行分析計算，瀑布溝機(jī)組選用的DC滅磁開關(guān)為瑞士SECHERON公司的直流接觸器，其直流滅磁開關(guān)在額定最大電壓下的最大分?jǐn)嗄芰?5kA，可滿足各種工況要求。除直流側(cè)設(shè)置滅磁開關(guān)外，未在交流側(cè)設(shè)置斷路器。(2）滅磁電阻。瀑布溝水電站選用碳化硅（SiC）非線性電阻主要基于以下考慮：1）單片閥片使用能容大，并聯(lián)支路少，體積小，易于安裝。2）由于其較軟的伏安特性，無需苛刻的支路并聯(lián)條件。3）其失效模式為開路，不必串聯(lián)熔斷器，無爆炸危險。4）維護(hù)工作量小，可減輕維護(hù)和檢修人員的勞動強(qiáng)度。2.4調(diào)速器及控制單元瀑布溝水電站調(diào)速系統(tǒng)具有開度、功率、頻率三種模式。并有開停機(jī)和緊急停機(jī)控制、快速同步、導(dǎo)葉開度限制、適應(yīng)式變參數(shù)、在線自診斷及處理等功能。具備投入一次調(diào)頻功能，當(dāng)電網(wǎng)頻率波動時，自動參與一次調(diào)頻，并且滿足《華中電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)管理規(guī)定（試行）》（華中電監(jiān)市場32號）的技術(shù)要求。具備AGC功能，滿足電網(wǎng)調(diào)整要求。微機(jī)調(diào)速器采用雙ABB調(diào)節(jié)器冗余容錯系統(tǒng)加電手動操作系統(tǒng)。冗余系統(tǒng)中的每一個通道，即從輸入至輸出以及電源，均應(yīng)采用相同配置，且為相互完全獨立，在運行過程中，即使將其中一個通道退出也不會影響調(diào)速系統(tǒng)的正常工作，且退出的通道能進(jìn)行停電檢修。各調(diào)節(jié)器與各電液轉(zhuǎn)換單元之間是交叉冗余控制。傳感器信號包括導(dǎo)葉位置、轉(zhuǎn)速、功率、水頭等信號均交叉冗余送入調(diào)節(jié)器。2.52直流系統(tǒng)設(shè)備布置從設(shè)備檢修維護(hù)角度考慮，直流設(shè)備不宜過多；同時，考慮如果直流設(shè)備太少，將會增設(shè)較長電纜，增大對地電容，擴(kuò)大拉合電源時的干擾范圍，綜合考慮以上原因，全廠共布置五套220V直流系統(tǒng)，分別為1～3號機(jī)組直流系統(tǒng)、4～6號機(jī)組直流系統(tǒng)、地下副廠房直流系統(tǒng)、地面副廠房直流系統(tǒng)、進(jìn)水口直流系統(tǒng)。并且，各設(shè)備按就近原則布置。每套充電裝置均設(shè)置有微機(jī)監(jiān)控裝置，能根據(jù)蓄電池的特性曲線和環(huán)境溫度變化自動實現(xiàn)蓄電池的均衡（衡流/衡壓）充電、浮充電、直流母線電壓調(diào)整（自動均壓功能）、蓄電池的活化等功能。2.6運行監(jiān)測成果的獲取根據(jù)國家和四川省電力公司調(diào)度運行管理的要求，瀑布溝水電站分別建立和實施電能量采集及發(fā)電計劃申報系統(tǒng)、繼電保護(hù)信息管理系統(tǒng)子站、電力調(diào)度自動化等接入系統(tǒng)。發(fā)電計劃申報當(dāng)?shù)叵到y(tǒng)通過撥號連接省調(diào)發(fā)電計劃申報系統(tǒng)建立網(wǎng)絡(luò)連接，發(fā)電計劃申報人員使用發(fā)電計劃申報系統(tǒng)軟件，生成發(fā)電計劃申報數(shù)據(jù)文件，通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)連接，上報發(fā)電計劃申報數(shù)據(jù)和從省調(diào)獲取計劃電量數(shù)據(jù)和成交電量、電價數(shù)據(jù)，完成交易，以及獲取電力市場其它信息。繼電保護(hù)信息管理系統(tǒng)子站負(fù)責(zé)自動采集500kV線路、500kV線路小區(qū)、500kV斷路器、500kV母線、500kV電抗器、500kV電纜、500kV主變壓器保護(hù)裝置及500kV開關(guān)站故障錄波裝置的運行信息。并將運行信息進(jìn)行統(tǒng)一接入和集中管理，將集中采集的數(shù)據(jù)，按運行部門的要求分別進(jìn)行處理，形成統(tǒng)一有序的數(shù)據(jù)格式，然后按省調(diào)要求將500kV系統(tǒng)保護(hù)、開關(guān)站故障錄波裝置的信息通過通信通道送到省調(diào)主站系統(tǒng)。為確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，瀑布溝水電站接受四川省電力公司調(diào)度中心和華中電網(wǎng)調(diào)度中心的統(tǒng)一調(diào)度，并根據(jù)省調(diào)和華中網(wǎng)調(diào)的要求向上級組織反映電站運行情況的各種實時數(shù)據(jù)，以供上級調(diào)度部門對電站實現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控。通過兩臺專用通信工作站與省調(diào)和華中網(wǎng)調(diào)進(jìn)行通信，將本站遠(yuǎn)動信息直接送到省調(diào)和華中網(wǎng)調(diào)的主站，即直采直送方式，省調(diào)對瀑布溝水電站的控制和調(diào)節(jié)命令也通過該遠(yuǎn)動通信工作站直接發(fā)到各現(xiàn)地控制單元LCU，由現(xiàn)地控制單元完成其控制任務(wù)。2.7設(shè)備解鎖操作為實現(xiàn)部頒五防要求：防止誤拉合斷路器；防止誤入帶電間隔；防止帶負(fù)荷拉隔離開關(guān)；防止帶電掛地線或合接地刀閘；防止帶地線（接地刀閘）合隔離開關(guān)。瀑布溝水電站在斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、快速接地開關(guān)操作機(jī)構(gòu)及接地線、設(shè)備柜門等一次設(shè)備加裝鎖具，對現(xiàn)地手動操作實施強(qiáng)制閉鎖，只有在微機(jī)五防系統(tǒng)中模擬通過后以正確順序進(jìn)行的操作方可解鎖操作，從而達(dá)到五防的目的。通過建立無線網(wǎng)絡(luò)區(qū)實現(xiàn)電腦鑰匙與主系統(tǒng)信息及時、可靠交互，電腦鑰匙實時地把每一步操作信息上傳給防誤主機(jī)，防誤主機(jī)通過與計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信的方式獲取一次設(shè)備的實時狀態(tài)，同時在主界面上顯示每一步操作任務(wù)的執(zhí)行情況，方便監(jiān)控人員實時監(jiān)視。2.8火災(zāi)探測器的設(shè)置考慮到電站廠房結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電氣設(shè)備多，消防設(shè)備的種類多，監(jiān)控點分布廣，信息量大，電站的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)采用總線式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分別在地面副廠房的中控室內(nèi)和地下副廠房的二次盤室內(nèi)各設(shè)置一臺火災(zāi)報警控制器，并在地面副廠房的中控室內(nèi)設(shè)置消防計算機(jī)監(jiān)控終端，在電站的地下主廠房、地下副廠房、主變室、GIS樓、地面副廠房、溢洪道、進(jìn)水口、尼日河首部等，分別設(shè)置相應(yīng)類型和數(shù)量的火災(zāi)探測器。系統(tǒng)采用兩總線制，所有的探測器、監(jiān)視模塊、控制模塊等設(shè)備，分別就近連接到消防配線箱（模塊箱），各配線箱通過總線電纜、光纖或通過MSTP設(shè)備與設(shè)置在地面電站中央控制室內(nèi)的火災(zāi)報警控制器或地下二次盤室內(nèi)的火災(zāi)報警控制器相連。根據(jù)《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，消防監(jiān)控系統(tǒng)采用獨立的網(wǎng)絡(luò)，不允許與其它系統(tǒng)混合使用同一網(wǎng)絡(luò)，且消防監(jiān)控系統(tǒng)使用專用的功能軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、參數(shù)分析、實時報警、聯(lián)動控制等任務(wù)，因此在設(shè)計上，采用獨立的網(wǎng)絡(luò)布線。設(shè)置在各個部位的火災(zāi)探測器，在檢測到火情時，自動向火災(zāi)報警控制器報警，報警控制器在接收到報警后，通過信息處理，在報警控制器上以數(shù)碼和液晶顯示方式，顯示出火災(zāi)的部位，并通過接口，在消防計算機(jī)監(jiān)控終端的CRT上自動顯示出火災(zāi)的部位編號及該層的平面布置圖，提示出火災(zāi)的處理措施；所有火災(zāi)事故的報警信號都能在控制室內(nèi)發(fā)出聲光報警信號，并能在工業(yè)電視系統(tǒng)上調(diào)出相應(yīng)部位的視頻圖像，以確認(rèn)火情。同時，根據(jù)火災(zāi)部位的不同，手動或程序自動對相應(yīng)的滅火設(shè)備、防排煙設(shè)備、電梯、疏散指示、工業(yè)電視等設(shè)備進(jìn)行控制和管理。2.9消防控制系統(tǒng)對地下主、副廠房各部位主要電氣設(shè)備房間、公用系統(tǒng)設(shè)備房間、地面副廠房設(shè)備房間、GIS樓、崗哨等重要部位加強(qiáng)管理防護(hù)力度。并能實現(xiàn)與消防監(jiān)控及聯(lián)動控制系統(tǒng)的聯(lián)動功能，在發(fā)生火災(zāi)自動報警時，門禁及安防系統(tǒng)主動接收報警信號，并解鎖防火通道門，方便人員緊急疏散。整個系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)。通過每個房間內(nèi)的門禁讀卡器模塊、門禁控制器及上位機(jī)系統(tǒng)，實時記錄門禁讀卡信息，并結(jié)合工業(yè)電視系統(tǒng)，實現(xiàn)對各個人員、車輛出入進(jìn)行分區(qū)域、分時段、分權(quán)限管理，具有實時報警、聯(lián)動控制功能。2.10異變或報警時對地下主、副廠房各部位主要電氣設(shè)備、公用系統(tǒng)設(shè)備、進(jìn)廠大門、地面副廠房、GIS樓、壩區(qū)閘首、尼日河首部等重要部位加強(qiáng)防護(hù)力度，及時了解現(xiàn)場情況。能實現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)、消防監(jiān)控及聯(lián)動控制系統(tǒng)和門禁及安防系統(tǒng)的聯(lián)動控制功能，當(dāng)發(fā)生異變或報警時，在不超過2s內(nèi)將報警信號傳送至管理服務(wù)器，報警服務(wù)啟動存儲服務(wù)器進(jìn)行錄像，且將該信號傳送到監(jiān)控中心，并在監(jiān)控中心發(fā)出聲光提示、自動錄像等；中心作出反應(yīng)，可通過網(wǎng)絡(luò)對報警點的聯(lián)動控制的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程報警處理。瀑布溝水電站工業(yè)電視系統(tǒng)的設(shè)計和布局主要圍繞以下兩個問題：(1）工業(yè)電視點的選擇：需要傳送特定信息的地方，如生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵部位，容易或經(jīng)常發(fā)生事故及故障的地方，出于安全保衛(wèi)需要的地方等。(2）為了滿足瀑布溝水電站工業(yè)電視系統(tǒng)既應(yīng)適用于現(xiàn)地中央控制室顯示，又要適用于與瀑布溝樞紐MIS系