黨碧輝(中國葛洲壩集團機電建設(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)計探討

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

【摘 要】隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,人們生活水平的不斷提高以及企業(yè)規(guī)模的不斷擴大,人們在生產(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、運行成本低等諸多優(yōu)點成為發(fā)電行業(yè)的新寵。而隨著經(jīng)濟的發(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)計對于整個水電站的運行的安全與穩(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)計進行探討。

【關(guān)鍵詞】中小型水電站 電氣二次設(shè)計 探討

中小型水電站是將流動的水能轉(zhuǎn)化為電能的大型工程，它的主要運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，從而形成動力，推動水電站系統(tǒng)中的機組正常運行，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)備主要包括計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、機組繼電保護系統(tǒng)設(shè)備、機組勵磁系統(tǒng)設(shè)備、機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備、高壓系統(tǒng)保護及自動裝置所組成的設(shè)備等等。電氣二次設(shè)備在水電站的電氣設(shè)計中作用極大，是保障水電站正常運行的基礎(chǔ)，也是水電站電氣設(shè)計中必不可少的重要組成部分[1]。

1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

中小型水電站電氣二次設(shè)備中的計算機監(jiān)控系統(tǒng)主要是對其它運行的設(shè)備進行監(jiān)控，并對監(jiān)控結(jié)果作出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，能夠有效維護設(shè)備的正常運行。一般中小型水電站中的計算機監(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)，采用計算機監(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。計算機監(jiān)控系統(tǒng)分為電站終端控制級與現(xiàn)場控制級兩層，采用100Mb/s光纖通過太網(wǎng)進行連接。電站終端控制級主要負(fù)責(zé)對其它運行設(shè)備進行終端監(jiān)控，實時反饋信息，并對監(jiān)控結(jié)果進行相應(yīng)調(diào)節(jié)；現(xiàn)場控制機則負(fù)責(zé)對水輪發(fā)電機組、電氣一次設(shè)備以及公用設(shè)備等進行現(xiàn)場實時監(jiān)控和調(diào)節(jié)，當(dāng)電站終端控制級出現(xiàn)故障時，現(xiàn)場控制級可以不受其影響，單獨運行和調(diào)節(jié)。電氣二次設(shè)備中對計算機監(jiān)控系統(tǒng)的要求為，必須實行與調(diào)度、水情測試狀況、泄洪閘門控制等系統(tǒng)的實時聯(lián)系與通訊[2]。

2 機組繼電保護系統(tǒng)設(shè)計

電氣二次設(shè)備中的機組繼電保護系統(tǒng)設(shè)備的功能主要是為了給水電站運行過程中一些其它的重要設(shè)備提供繼電保護。受機組繼電保護系統(tǒng)保護的設(shè)備主要有水輪發(fā)電機組、變壓器、110kV線路、廠用變保護等設(shè)備，電氣二次設(shè)計中的保護裝置內(nèi)部含有自檢功能，能夠有效檢查出水電站運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，并對受到電磁影響的設(shè)施設(shè)備進行相應(yīng)地保護和調(diào)節(jié)。另外，在電氣二次設(shè)計中在機組繼電保護系統(tǒng)中設(shè)計了一個與計算機監(jiān)控系統(tǒng)相連接的接口，可以實現(xiàn)機組繼電保護系統(tǒng)與計算機監(jiān)控系統(tǒng)的實時通訊。

3 機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計

在中小型水電站電氣二次設(shè)計中，應(yīng)該為每臺發(fā)電機、每臺主變壓器、110 kV線路以及廠用變保護設(shè)備等配備一塊交流采樣電量綜合測試儀，檢測每個設(shè)備中的所有的電氣量，從而確定是否應(yīng)該為發(fā)電機的勵磁電壓、勵磁電流等配備電量變送器。而每臺發(fā)電機的有功功率、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)電機的實際需要來決定的。除此之外，為了給宏觀監(jiān)控提供方面以及為計算機監(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)地進行檢測，數(shù)字電子儀表更為合適[3]。

4 直流電源設(shè)計

在中小型水電站電氣二次設(shè)計中直流電源系統(tǒng)一般設(shè)計為220V的直流電源，對水電站中全部設(shè)備的電氣保護、控制、操作、自動裝置、事故照明等提供直流電源。為了加強水電站系統(tǒng)設(shè)備的防爆功能，在進行直流電源設(shè)計時，應(yīng)同時設(shè)計出一組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、防爆等功能，還要設(shè)計一套充電裝置。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，并配備微機絕緣檢測裝置以及蓄電池巡察裝置。充電裝置中一般采用微機控制高頻開關(guān)整流模塊，采用N+1冗余模式。

5 交流電源設(shè)計

中小型水電站中一般采用獨立的一組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。在水電站正常運行時，由交流220V的廠用電進行供電，在裝置中要配置無觸點旁路開關(guān)[4]。在UPS中某單元發(fā)生故障時，開關(guān)可以自動切換交流電源，而當(dāng)交流電源中斷時，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)備對于整個水電站的安全、平穩(wěn)運行發(fā)揮著極為重要的作用。在電氣二次設(shè)計中的接線設(shè)計通常是對一次系統(tǒng)進行實時地檢測、控制和保護，同時也對一次系統(tǒng)中的一次設(shè)備進行監(jiān)測和保護，以保證一次設(shè)備的正常平穩(wěn)運行。因此，在中小型水電站中應(yīng)該加強對電氣二次設(shè)計的重視程度，同時注重設(shè)計的科學(xué)性與合理性，提升電氣二次設(shè)計水平，使其能夠充分發(fā)揮保證水電站正常運行的作用，進一步提升水電站運行效益。

參考文獻(xiàn):

[1]王成明,鄧鵬,朱冠廷.緬甸道耶坎水電站電氣二次設(shè)計[J].人民長江,2013(S2):71-73+113.

[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[J].人民長江,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)計介紹[J].水電站機電技術(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[J].東北水利水電,2014(08):10-12.

作者簡介: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、試驗及調(diào)試。