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        水電站電氣優(yōu)化設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思考

        2013-08-15 00:46:47崔領(lǐng)謙
        水科學(xué)與工程技術(shù) 2013年3期
        關(guān)鍵詞:接線水電站電氣設(shè)備

        崔領(lǐng)謙

        (河北省保定市西大洋供水有限公司,河北 保定 071000)

        水電站是一種將水能轉(zhuǎn)換為電能的綜合性工程設(shè)施,通常包含由擋水、泄水建筑物形成的水庫(kù)、機(jī)電設(shè)備、水電站引水系統(tǒng)及發(fā)電廠房等。水電是一種清潔性能源,具有可再生、無(wú)污染和運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn),不僅方便相關(guān)部門(mén)進(jìn)行電力調(diào)峰,有利于提高資源利用率,而且有助于實(shí)現(xiàn)社會(huì)綜合效益的最大化。因此,在當(dāng)前世界能源危機(jī)日趨明朗化的今天,世界各國(guó)普遍優(yōu)先開(kāi)發(fā)水能資源。

        我國(guó)的水電事業(yè)發(fā)展非常快,2006年三峽水電站的建成,標(biāo)志著我國(guó)擁有總裝機(jī)容量2250萬(wàn)kW·h、年發(fā)電量1000億kW·h的水電站,也標(biāo)志著我國(guó)在水電行業(yè)邁出了研發(fā)與創(chuàng)新的第一步。另?yè)?jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示,截止2011年底,我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)到10.5億kW·h,其中水電2.3億kW·h,火電7.6億kW·h,核電1191萬(wàn)kW·h,風(fēng)電4700萬(wàn)kW·h。由此可看出,水電站在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位非常重要,因此,必須重視水電站建設(shè)與水電利用開(kāi)發(fā)工作,也必須重視水電站電氣的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作,只有這樣,才能使水電真正成為造福我國(guó)人民的能源。

        1 水電站電氣設(shè)備分類

        水電站電氣設(shè)備中分成一次電氣設(shè)備和二次電氣設(shè)備兩種類型。

        電氣一次設(shè)備還可分成升壓變電電氣設(shè)備與發(fā)電電氣設(shè)備,比較常見(jiàn)的是發(fā)電機(jī)與變壓器。電氣二次設(shè)備則是包括電站計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)、機(jī)組保護(hù)及輔機(jī)控制設(shè)備、機(jī)組狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)保護(hù)和自動(dòng)裝置,而水電站所使用的交直流控制電源系統(tǒng)主要是公共系統(tǒng)設(shè)備。

        近年來(lái),隨著水電站的快速發(fā)展,電氣設(shè)計(jì)中暴露出一些問(wèn)題,主要表現(xiàn)在電氣一次設(shè)計(jì)和電氣二次設(shè)計(jì)兩方面。例如,在電氣一次設(shè)計(jì)中,電氣主接線易于發(fā)生纏繞,從而形成電流干擾,影響電流穩(wěn)定性;在電氣二次設(shè)計(jì)中,直流電源在應(yīng)用方面存在問(wèn)題等,因此,應(yīng)采取有效措施,進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

        2 優(yōu)化水電站電氣一次設(shè)計(jì)

        2.1 電氣接線的優(yōu)化

        水電站一次電氣設(shè)計(jì)原則是以水電站電氣系統(tǒng)的實(shí)際作用為根據(jù)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì),綜合考慮水文氣象、動(dòng)能特征、建設(shè)規(guī)模、接入系統(tǒng)和布線等各種因素。在水電站一次電氣設(shè)計(jì)過(guò)程中,對(duì)于電氣的主連接線,在設(shè)計(jì)方面應(yīng)充分符合客戶需要,并確保供電及其質(zhì)量安全。另外,要合理利用先進(jìn)技術(shù),可在此基礎(chǔ)上采取不同種顏色連接線路,且保證線路上線和下線間存在一定距離,避免發(fā)生纏繞,以防形成電流干擾,從而降低電流穩(wěn)定性,在一定程度上傷害發(fā)電機(jī),增加維護(hù)難度。與此同時(shí),還應(yīng)防止連接線對(duì)相關(guān)設(shè)備檢查帶來(lái)影響。

        2.2 發(fā)電機(jī)與主變壓器的優(yōu)化

        發(fā)電機(jī)和主變壓器間往往通過(guò)單一的變組單元連接線進(jìn)行連接,這是較合理的。對(duì)水電站的一次電氣設(shè)備,可在發(fā)電機(jī)上安裝1個(gè)斷路器,從而確保其連接線出口足夠安全。如果發(fā)電機(jī)需要接地,則通過(guò)變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)接地,從而確保在較強(qiáng)電壓的影響下發(fā)電機(jī)不會(huì)發(fā)生損壞。需要注意的是,發(fā)電機(jī)和變壓器之間不能直接進(jìn)行連接,而是使用離相封閉母線相連,從而最大程度地保證安全供電。

        2.3 快速閘門(mén)控制回路優(yōu)化

        近年來(lái),為了保證機(jī)組安全,很多水電站在機(jī)組的手動(dòng)閘門(mén)接點(diǎn)和過(guò)速接點(diǎn)處進(jìn)行了進(jìn)水口的快速落門(mén)控制回路設(shè)計(jì),主要包括兩種方式:①設(shè)計(jì)二次電纜通道;②設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)和大壩之間的光纖。通過(guò)二次電纜通道,能夠有效監(jiān)控機(jī)組的運(yùn)行情況,以防止出現(xiàn)進(jìn)水口的快速落門(mén)事件。另外,對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)和大壩之間光纖的選取,要注意電磁閥的線圈內(nèi)阻不可太高,過(guò)高的內(nèi)阻易導(dǎo)致運(yùn)行中的系統(tǒng)發(fā)生霉斷。一般來(lái)說(shuō),機(jī)組和進(jìn)水口之間的電纜長(zhǎng)度應(yīng)超過(guò)1000m,由于水電站的進(jìn)水口快速門(mén)是保護(hù)機(jī)組過(guò)速的重要防線,在水電站技術(shù)管理中發(fā)揮著重大作用,因此,必須引起相關(guān)人員重視,以防發(fā)生相關(guān)故障,進(jìn)而導(dǎo)致不必要的成本浪費(fèi)。

        2.4 220kV側(cè)接線優(yōu)化

        對(duì)于水電站而言,500kV與220kV之間的側(cè)接線通常都采用自耦式聯(lián)絡(luò)變接,其中,220kV的側(cè)連接基本有3個(gè)回進(jìn)出線,2個(gè)直接當(dāng)作220kV的側(cè)接線,剩余1個(gè)則用在聯(lián)絡(luò)變進(jìn)線上。另外,水電站的220kV側(cè)接線應(yīng)采用單母線進(jìn)行連接,且為全封閉式的電氣組合。除此之外,水電站電氣一次設(shè)計(jì)中,只有1個(gè)回進(jìn)出線的220kV側(cè)接線,因此,無(wú)需安裝斷路器。

        3 優(yōu)化水電站電氣二次設(shè)計(jì)

        3.1 直流電源應(yīng)用優(yōu)化

        水電站電氣設(shè)備可采用直流電源,以便對(duì)電器設(shè)備的機(jī)組進(jìn)行檢測(cè)、控制和維護(hù),特殊情況下也可當(dāng)作備用電源使用,直流電源的電阻應(yīng)為104Ω,電網(wǎng)頻率為50Hz。另外,還可將單母線當(dāng)作直流的母線,單組充電電池和單組蓄電池也應(yīng)在直流母線上進(jìn)行裝配,并安裝微機(jī)檢測(cè)監(jiān)控點(diǎn)位與直流電源監(jiān)控裝置。如果條件允許,資金充足,可在維護(hù)備用電池上配置微機(jī)操控開(kāi)關(guān),以提高機(jī)組維修的便利性。

        3.2 交流電源應(yīng)用優(yōu)化

        在水電站電氣設(shè)備應(yīng)用直流電源的同時(shí),為了節(jié)省成本,必須安裝交流電源,交流電源中無(wú)需安裝維護(hù)備用電池。實(shí)際情況中,交流電源主要用在對(duì)設(shè)備供電方面,但需注意的是,機(jī)組和交流電源之間應(yīng)安裝無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān),以便內(nèi)部發(fā)生異常時(shí)可及時(shí)斷開(kāi)電源,或更換備用電源進(jìn)行使用。通常情況下,無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)5s內(nèi)會(huì)切換完畢,因備用電源為直流電,所以,一旦發(fā)生異常,無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)會(huì)自動(dòng)切斷交流電源,并使用備用電源。

        3.3 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化

        水電站電氣二次設(shè)計(jì)中的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要由電站控制級(jí)和限制控制單元級(jí)構(gòu)成。在考慮成本的前提下,可為電站控制級(jí)配備1臺(tái)遠(yuǎn)程通信工作站,1臺(tái)復(fù)制打印服務(wù)機(jī),2臺(tái)主機(jī)和操作員工作站,1套連線式UPS及1套衛(wèi)星定位監(jiān)測(cè)儀等。至于限制控制單元級(jí),則主要用在控制編程方面,可有效地解決水電站因電氣設(shè)備體積龐大和程序復(fù)雜等原因?qū)е碌木幊瘫锥恕?/p>

        水電站自動(dòng)化包含以下內(nèi)容:①機(jī)組和附屬機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化;②全廠共用機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化;③發(fā)電機(jī)的自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁;④機(jī)組的自動(dòng)調(diào)速;⑤發(fā)電機(jī)的自動(dòng)同期及信息采集等。

        自動(dòng)化是水電站能否經(jīng)濟(jì)和安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ),在盡量降低成本的前提下,設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的措施有以下幾點(diǎn):

        3.3.1 配備可靠和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

        對(duì)于適用于大中型水電站網(wǎng)絡(luò)、上位機(jī)以及現(xiàn)地控制等設(shè)備,配置上有必要采取相應(yīng)的冗余措施。

        3.3.2 配備水輪發(fā)電機(jī)組附屬設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)

        采用PLC對(duì)機(jī)組進(jìn)水主閥進(jìn)行控制,采用冗余的雙微機(jī)雙通道對(duì)勵(lì)磁裝置進(jìn)行勵(lì)磁,至于調(diào)速器,則采用可編程的調(diào)速器等。另外,還應(yīng)采取開(kāi)關(guān)量和模擬量對(duì)機(jī)組重要的水力機(jī)械參數(shù)進(jìn)行雙重監(jiān)視,而發(fā)電機(jī)和其他電氣元件的電氣參數(shù)等,則采用變送器進(jìn)行監(jiān)視或交流采樣裝置等設(shè)備。

        3.3.3 配備可靠和完善的全廠基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)

        對(duì)于空壓機(jī),采用單片機(jī)進(jìn)行控制,對(duì)于給排水等系統(tǒng),則采用PLC進(jìn)行控制,至于一些重要的參數(shù),則采取開(kāi)關(guān)量和模擬量進(jìn)行雙重監(jiān)視。

        3.3.4 配備可靠和完善的系統(tǒng)

        主要有安全自動(dòng)裝置及火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。

        3.3.5 配備可靠和完善的通信系統(tǒng)

        對(duì)光纖通信、程控通信、電力載波及接入調(diào)度的通信網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等部分,應(yīng)分頻分層進(jìn)行管理,從而保證通信的暢通。

        4 結(jié)語(yǔ)

        (1)設(shè)計(jì)工作人員在保證水電站安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上,從水電站電氣一次設(shè)計(jì)、二次設(shè)計(jì)及水電站自動(dòng)化等多方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),從而使其更可靠與實(shí)用,避免發(fā)生浪費(fèi)和設(shè)備閑置等現(xiàn)象。

        (2)完善水電站無(wú)人值班綜合自動(dòng)化系統(tǒng),在節(jié)省投資費(fèi)用的同時(shí),降低水電站日常維護(hù)性費(fèi)用。

        (3)對(duì)于水電站電氣設(shè)備中的機(jī)組詳細(xì)資料和運(yùn)行情況,必須精確進(jìn)行掌握,并實(shí)行全天候24h監(jiān)控,從而最大程度地保證水電站實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備運(yùn)行和管理的自動(dòng)化,確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

        [1]關(guān)有同.賽珠水電站機(jī)電設(shè)備安裝及運(yùn)行中幾個(gè)問(wèn)題的處理[J].云南水力發(fā)電,2010(6).

        [2]李曉軍,尚現(xiàn)軍,朱峰,等.淺析小型水電站電氣設(shè)備的電器故障與排除[J].中國(guó)水運(yùn)(下半月),2011(4).

        [3]趙越,劉斌,陳碧輝,等.瑞麗江一級(jí)水電站2號(hào)水輪機(jī)自然補(bǔ)氣系統(tǒng)的改進(jìn)[J].大電機(jī)技術(shù),2012(5).

        [4]王飛,王慶方,王勇軍,等.水輪機(jī)蝸殼的優(yōu)化設(shè)計(jì)與CFD分析[J].水利水電科技進(jìn)展,2012(5).

        [5]呂玉忠,陳居森,祁美蓮.超大型立式水輪發(fā)電機(jī)組軸線檢測(cè)及調(diào)整工藝探討[J].四川水力發(fā)電,2012(5).

        [6]于文杰,趙輝,羅登玲.官地水電站調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用與維護(hù)[J].四川水力發(fā)電,2012(5).

        [7]張自敏.錦屏一級(jí)水電站6#機(jī)組軸線調(diào)整問(wèn)題分析與處理[J].四川水力發(fā)電,2012(5).

        [8]軒書(shū)剛.官地水電站水輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)試運(yùn)行管理實(shí)踐[J].四川水力發(fā)電,2012(5).

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