王 闊，陳 沖

（1.華潤電力西雙版納有限公司，云南 景洪666100；2.中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙410004）

1 概述

回龍山水電站位于云南省西雙版納傣族自治州勐臘縣境內(nèi)小黑江與曼賽河匯口的速底村上游約3km的河段上，是小黑江規(guī)劃梯級開發(fā)的第二級，上游梯級為子羅山水電站。

場外交通運輸按主線與輔線規(guī)劃，主線為昆明→玉溪→磨黑→普洱→勐養(yǎng)→勐侖→壩址，該條線路公路總里程約627km，勐侖高速路口→壩址約42km，路面寬度約4.5m，屬于農(nóng)村公路，單車道設(shè)計，為混凝土塊石路面，橋梁載荷為10t；輔線為昆明→玉溪→磨黑→普洱→勐養(yǎng)→勐侖→勐醒→帕扎河→象明→壩址，該條線路公路總里程約691km。

電站總裝機容量113MW， 裝設(shè)3臺混流式水輪發(fā)電機組。分別為2臺單機容量46MW，1臺單機容量21MW。多年平均發(fā)電量4.603×108kW·h，年利用小時數(shù)4074h。

本工程計劃2019年7月初首臺機組發(fā)電，2019年11月底機組全部投產(chǎn)。

回龍山水電站電氣二次部分，按“無人值班（少人值守）”的原則進行設(shè)計。電站繼電保護系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、公用輔機設(shè)備控制系統(tǒng)等主要二次設(shè)備均選用性價比優(yōu)越的微機型產(chǎn)品。

電站的控制和監(jiān)視方式為全計算機監(jiān)控，采用開放式分層分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要的功能和硬件采用了冗余配置方式；在副廠房內(nèi)設(shè)置有中控室，運行人員在中控室可以實現(xiàn)對電站主要機電設(shè)備的集中監(jiān)控?？刂茩?quán)限分為三級：現(xiàn)地、中控室及遠方調(diào)度。對公用設(shè)備及機組輔助設(shè)備自動操作的控制邏輯采用可編程控制器（PLC）來實現(xiàn)，并將相應(yīng)的狀態(tài)及故障信號采用I/O及通信方式送電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)。保護、勵磁、調(diào)速等控制設(shè)備，均選用了高智能微機型產(chǎn)品。

2 直流系統(tǒng)

全廠設(shè)置1套220V直流電源系統(tǒng)，帶2組蓄電池。蓄電池每組容量為400AH（104只電池），美國GNB G602 2V 400AH管式膠體蓄電池。充電/浮充電裝置采用高頻開關(guān)整流裝置。直流電源作為電站設(shè)備的控制、保護、事故照明、滅磁開關(guān)跳合閘、斷路器跳合閘及起勵備用電源。

3 同期系統(tǒng)

3.1 同期方式及同期點選擇

本電站的同期方式有自動準(zhǔn)同期和手動準(zhǔn)同期兩種方式。電站發(fā)電機出口斷路器、110kV線路斷路器及主變壓器110kV側(cè)斷路器均作為同期點。所有同期點均以自動準(zhǔn)同期為主用同期方式，手動準(zhǔn)同期作為備用同期方式。

3.2 自動準(zhǔn)同期

每臺機組LCU設(shè)置1臺雙微機多對象自動準(zhǔn)同期裝置，作為發(fā)電機出口斷路器及主變110kV側(cè)斷路器的自動準(zhǔn)同期用，可自動調(diào)頻、調(diào)壓及自動發(fā)出合閘脈沖使斷路器合閘。

開關(guān)站/公用LCU設(shè)置1臺雙微機多對象自動準(zhǔn)同期裝置，作為開關(guān)站110kV線路斷路器的自動準(zhǔn)同期用，可自動捕捉同期信號并發(fā)出合閘脈沖使斷路器合閘。

3.3 手動準(zhǔn)同期

每臺機組LCU屏上設(shè)置1套手動準(zhǔn)同期裝置，作為發(fā)電機出口斷路器及主變110kV側(cè)斷路器的備用同期方式。機組LCU屏上設(shè)有組合式同期表、斷路器合閘開關(guān)等手動準(zhǔn)同期設(shè)備。

開關(guān)站/公用LCU屏設(shè)置1套手動準(zhǔn)同期裝置，作為110kV線路斷路器的備用同期方式。開關(guān)站/公用LCU屏上設(shè)有組合式同期表、斷路器合閘開關(guān)等手動準(zhǔn)同期設(shè)備。

為防止手動非同期合閘，用一只同步檢查繼電器作為手動同期的閉鎖回路。在兩側(cè)電壓相位差值超過允許值時，其接點斷開斷路器合閘回路將其閉鎖。

4 計算機監(jiān)控系統(tǒng)

4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式分層分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)共分2層：電站級及現(xiàn)地控制單元層，采用100M雙星形光纖以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，具有較高的網(wǎng)絡(luò)可靠性。網(wǎng)絡(luò)通信采用高性能的工業(yè)型網(wǎng)絡(luò)交換機進行連接，系統(tǒng)具有較高的傳輸速率和良好的抗電磁干擾能力。

4.2 監(jiān)控系統(tǒng)電站級基本配置及主要功能

電站級數(shù)據(jù)服務(wù)站承擔(dān)全廠的運行管理、歷史數(shù)據(jù)庫和廠級實時數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)采集和處理、與單元控制設(shè)備的通信、電站AGC、AVC及集中監(jiān)控等任務(wù)，按全冗余配置。全廠共設(shè)置2套同型號、同功能的主機，互為熱備用。

電站設(shè)置2臺操作員工作站，操作員工作站是操作員與實時過程監(jiān)視與控制交互的人機接口，提供操作員授權(quán)，圖表生成和調(diào)用功能。完成電站運行工況監(jiān)視、越限告警、事故告警、控制調(diào)節(jié)、發(fā)電機啟停和運行應(yīng)用軟件，并顯示執(zhí)行成果等。操作員工作站布置在中控室，2臺操作員工作站作用完全相同，互為熱備用。

電站設(shè)置1套工程師工作站，可進行系統(tǒng)管理維護和故障診斷、編輯和修改應(yīng)用軟件、增加和修改數(shù)據(jù)庫、畫面和報表等工作并兼做電站運行人員的培訓(xùn)工作站。

電站設(shè)置2臺調(diào)度通信服務(wù)器，用于完成監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)度的數(shù)據(jù)通信。調(diào)度通信服務(wù)器能與網(wǎng)絡(luò)上所有接點直接進行數(shù)據(jù)交換，以保證遠動信息的直采直送。

電站設(shè)置1套廠內(nèi)通信站，實現(xiàn)與電站火災(zāi)報警系統(tǒng)、微機五防系統(tǒng)、電能量采集系統(tǒng)及水情測報系統(tǒng)等之間的數(shù)據(jù)通信，當(dāng)與處于不同安全區(qū)之間的設(shè)備采用網(wǎng)絡(luò)通信時，通信服務(wù)器應(yīng)采用具有訪問控制功能的設(shè)備，防火墻或相當(dāng)功能的設(shè)施，實現(xiàn)邏輯隔離。

本系統(tǒng)設(shè)置有1套ONCALL系統(tǒng)，當(dāng)電廠發(fā)生事故時，可將相關(guān)信息發(fā)送給相關(guān)運行人員，便于對事故進行及時處理。

監(jiān)控系統(tǒng)配有GPS時鐘同步系統(tǒng)1套。作為監(jiān)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)時鐘，可對系統(tǒng)進行時鐘同步。

本系統(tǒng)主控級計算機配置2臺互為備用的10kVA交直流UPS電源。每組UPS的輸入電源為廠用交流220V及電站直流220V，當(dāng)廠用電消失時，自動轉(zhuǎn)由電站220V蓄電池供電。

網(wǎng)絡(luò)采用雙冗余配置交換機，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用2臺工業(yè)級主交換機及3套現(xiàn)地LCU交換機組成一個具有冗余功能的雙星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。每套機組LCU、開關(guān)站/公用LCU、主機、操作員工作站、通信工作站等所有上位機均接入基于100Mb/s光纖網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)交換機上。

4.3 監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地單元級配置及主要功能

現(xiàn)地控制單元配置有以下特點：CPU采用雙機熱備的冗余配置，提高了系統(tǒng)的可靠性。采用RTD溫度量采集模塊，模塊上的CPU可自動計算判別溫度信號狀態(tài)、越限及梯度等，避免了采用溫度巡檢裝置的瓶頸效應(yīng)。

監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地單元級（LCU）具有完善的現(xiàn)地監(jiān)控功能，與系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時，作為監(jiān)控系統(tǒng)的一部分實現(xiàn)系統(tǒng)指定的功能。而當(dāng)LCU與系統(tǒng)脫離時，可獨立運行，實現(xiàn)LCU的現(xiàn)地監(jiān)控功能，使系統(tǒng)運行具有更大的靈活性及更高的可靠性。

機組LCU每臺機組均設(shè)置1套機組現(xiàn)地控制單元（LCU），機組 LCU 由 CPU（冗余配置）、電源模件、輸入輸出模件、交流采樣和同期裝置、通信模件及觸摸屏等設(shè)備組成，其監(jiān)控對象為：機組及其附屬設(shè)備、主變壓器斷路器、發(fā)電機出口斷路器、刀閘、機組進水口事故閘門等。機組進水口事故閘門設(shè)置1套機組進水口事故閘門遠程I/O箱。遠程I/O箱內(nèi)配置PLC、交換機及電源模塊，全站共3套遠程I/O控制箱，分別布置在機組進水口事故閘門設(shè)備室內(nèi)。

機組LCU盤上還設(shè)有不經(jīng)過計算機用于緊急停機操作的緊急停機回路。

開關(guān)站/公用LCU開關(guān)站/公用LCU由CPU（冗余配置）、電源模件、輸入輸出模件、通信模件、觸摸屏、交流采樣和同期裝置等設(shè)備組成，其監(jiān)控對象為：110kV開關(guān)站線路及母線設(shè)備、直流設(shè)備、廠用電系統(tǒng)、供/排水系統(tǒng)、高/低壓氣系統(tǒng)、水位測量系統(tǒng)等。

壩區(qū)LCU壩區(qū)LCU由PLC、觸摸屏、電壓變送器、智能I/O模塊等設(shè)備組成?，F(xiàn)地控制單元應(yīng)能獨立運行，由它完成對所屬設(shè)備的監(jiān)控，包括在現(xiàn)地由操作員進行手動控制和自動控制。

壩區(qū)LCU監(jiān)控對象為壩區(qū)閘門、壩區(qū)廠用電、壩區(qū)直流系統(tǒng)、水位測量系統(tǒng)等。

5 測量

5.1 電氣測量系統(tǒng)

電氣測量按“電測量及電能計量裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程DL/T 5137-2001”配置。

除開關(guān)柜等設(shè)備上自帶的測量表計外，所有電氣主設(shè)備（發(fā)電機、主變、220kV線路、10kV廠用電及400V廠用電等）需要測量的電氣量均通過安裝在電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)相應(yīng)LCU上的交流采樣裝置實現(xiàn)。

具體采集點包括：110kV線路、110kV母線、1號廠用變、2號廠用變、壩區(qū)變、400V 廠用母線、發(fā)電機出口、主變高壓側(cè)。

5.2 非電量測量系統(tǒng)

電站水位測量系統(tǒng)在進水口400V配電盤室設(shè)置有壩區(qū)水位顯控裝置，接收來自柵前水位變送器、柵后閘門前水位變送器的信號；同時在中控室設(shè)置一面水位測量盤接收來自尾水位變送器、壩區(qū)水位顯控裝置的信號，除在本盤顯示外，還將柵前水位、尾水水位、柵后水位、柵差、電站毛水頭以4～20mA信號送至開關(guān)站/公用LCU。

水輪機流量、蝸殼進口壓力、尾水管進口壓力、頂蓋供水壓力、尾水管出口壓力、調(diào)速器油壓裝置壓力、技術(shù)供水流量及水溫、導(dǎo)葉開度位置、機組電氣轉(zhuǎn)速等均配有相應(yīng)的傳感器，輸出4～20mA模擬量送至機組LCU。

6 機組勵磁系統(tǒng)

6.1 勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

發(fā)電機采用自并勵可控硅靜止勵磁方式。勵磁系統(tǒng)由勵磁變壓器、調(diào)節(jié)柜、功率柜和滅磁柜組成。功率柜功率整流元件并聯(lián)支路數(shù)為2，串聯(lián)元件數(shù)為1。任一條支路退出工作，可保證發(fā)電機在所有工況下的長期連續(xù)運行，包括強勵在內(nèi)。

6.2 勵磁調(diào)節(jié)器

勵磁調(diào)節(jié)器為雙微機雙通道勵磁調(diào)節(jié)器。2個通道均可以獨立工作，任一通道出現(xiàn)故障，裝置能無條件無擾動地自動切至另一通道，當(dāng)雙自動通道故障退出運行時，能無擾動切換到手動通道，保證勵磁系統(tǒng)正常工作。

6.3 起勵及滅磁

勵磁系統(tǒng)起勵電源正常為殘壓起勵，備用起勵電源為DC220V，起勵電流為10%空載勵磁電流，起勵時間最大不超過5s。當(dāng)機組轉(zhuǎn)速達85%～95%額定轉(zhuǎn)速時首先利用殘壓起勵升壓，若殘壓起勵在一定時間內(nèi)未能使發(fā)電機升壓，則自動啟動備用起勵電源升壓。

正常停機時自動逆變滅磁，事故情況下（發(fā)電機保護動作，水力機械保護動作）跳滅磁開關(guān)將磁場能量轉(zhuǎn)移到高能氧化鋅非線性電阻滅磁。

可控硅整流裝置采用風(fēng)機進行冷卻，每個功率柜設(shè)置雙風(fēng)機，1臺運行、1臺備用，風(fēng)機停運，勵磁裝置能帶滿負(fù)荷安全運行不短于1h。

7 調(diào)速器系統(tǒng)

電站調(diào)速器為可編程控制器的雙微機調(diào)速器。調(diào)速器由機械柜及電氣柜組成。調(diào)速器采用殘壓及齒盤測頻，轉(zhuǎn)速信號取自發(fā)電機機端PT及裝于發(fā)電機大軸上的齒盤。

調(diào)速器具有PID調(diào)節(jié)規(guī)律，具有頻率—出力調(diào)整、轉(zhuǎn)速調(diào)整、開度控制、電力系統(tǒng)頻率自動跟蹤、自診斷和容錯及穩(wěn)定等功能。調(diào)速器除能在現(xiàn)地和遠方進行機組的自動開、停機和事故停機外，還能在現(xiàn)地進行手動開/停機和事故停機。

8 進水口事故閘門

進水口事故閘門控制采用遠程I/O控制箱，分別布置在機組進水口閘門設(shè)備室內(nèi)。

遠程I/O控制箱配置獨立的電源模件、CPU處理器、通信模塊、網(wǎng)卡、光轉(zhuǎn)換設(shè)備及光纖等相應(yīng)的元件設(shè)備，以及繼電器、端子等附件。遠程I/O控制的遠程模件采用單CPU雙以太網(wǎng)口通過光纖與現(xiàn)地LCU通信。

9 繼電保護及安全自動裝置

根據(jù)《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》，對電站的發(fā)電機、主變壓器、廠用變、壩區(qū)變、110kV母線、110kV線路等配置了微機保護。

9.1 發(fā)電機-變壓器保護

發(fā)電機-變壓器組保護按單套配置，每套保護均配置完整的主、后備保護，且主后備保護為相互獨立的裝置，該套裝置包含發(fā)電機主保護裝置、發(fā)電機備用保護裝置、變壓器主保護裝置、主變高后備保護裝置、主變低后備保護裝置、非電量保護裝置。該套保護具有以下保護功能：

（1）發(fā)電機縱差保護。

（2）發(fā)電機負(fù)序過流保護。

（3）低壓起動過電流保護（帶電流記憶）。

（4）發(fā)電機定子繞組接地保護。

（5）發(fā)電機定子繞組過負(fù)荷保護。

（6）發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地保護。

（7）發(fā)電機過電壓保護。

（8）發(fā)電機失磁保護。

（9）發(fā)電機橫差保護。

（10）主變壓器差動保護。

（11）主變壓器高壓側(cè)復(fù)合電壓過電流保護。

（12）主變壓器冷卻風(fēng)扇啟動回路。

（13）主變壓器瓦斯保護。

（14）主變壓器溫度保護。

（15）主變壓器油位保護（過高或過低）。

（16）主變壓器壓力釋放保護。

（17）主變壓器冷卻器故障保護。

（18）主變壓器零序過電流保護。

（19）主變壓器間隙零序電流及零序過電壓保護。

（20）主變壓器低壓側(cè)單相接地保護。

（21）斷路器失靈啟動回路。

（22）斷路器三相不一致保護。

（23）勵磁變壓器電流速斷保護。

（24）勵磁變壓器過電流保護。

（25）勵磁變壓器溫度保護。

9.2 廠用變保護

廠用變高壓側(cè)裝設(shè)了1套限流熔斷保護裝置（帶負(fù)荷開關(guān)），廠用變保護作為其后備及補充保護手段，動作于限流熔斷器拒動或廠用變低壓側(cè)短路電流過低、限流熔斷器不動作或動作時間過長的工況。

（1）過電流保護。

（2）溫度保護。

（3）過負(fù)荷。

（4）零序過電流保護。

9.3 壩區(qū)變壓器-線路組保護

壩區(qū)變接于2號發(fā)電機端10.5kV母線上，其低壓側(cè)通過架空線路送至壩區(qū)，壩區(qū)變壓器-線路組配置1套保護用于壩區(qū)變低壓側(cè)及架空線短路電流過低、壩區(qū)變高壓側(cè)限流熔斷器不動作或動作時間過長的工況。

（1）過電流保護。

（2）溫度保護。

（3）過負(fù)荷保護。

9.4 110kV母線保護

110kV母線配置1套微機型母線保護裝置。母差保護采用分項式比例差動保護。

9.5 110kV線路保護

110kV線路采用1套光纖差動保護作為線路主保護，且分別配置三段式相間距離保護、接地距離保護和四段式零序方向電流保護作為后備保護，并具有獨立的綜合重合閘功能。

9.6 故障錄波裝置

在110kV側(cè)配置數(shù)字式故障錄波裝置1套。故障錄波裝置能記錄模擬量、開關(guān)量和高頻量。并能至少清楚記錄12次諧波的波形。

10 機組輔機設(shè)備及公用設(shè)備控制裝置

機組輔機設(shè)備及公用設(shè)備的各系統(tǒng)PLC、啟動設(shè)備（軟起動器、接觸器）等主要元器件采用國際知名公司產(chǎn)品，具有現(xiàn)地閉環(huán)自動控制功能。

10.1 機組輔機設(shè)備

機組輔機設(shè)備重要的控制信號通過I/O接點送電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

機組輔機設(shè)備分項控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線聯(lián)接，并通過總線通信方式與電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)機組LCU實現(xiàn)通信。機組輔機設(shè)備包括：

（1）調(diào)速器油壓裝置控制設(shè)備。（2）機組技術(shù)供水系統(tǒng)控制設(shè)備。

10.2 全廠公用設(shè)備控制裝置

公用設(shè)備重要的控制信號通過I/O口與電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)相聯(lián)接。

全廠公用設(shè)備獨立的控制系統(tǒng)間采用現(xiàn)場總線聯(lián)接，并通過總線通信方式與電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)開關(guān)站/公用LCU實現(xiàn)通信。全廠公用設(shè)備包括：檢修排水系統(tǒng)、滲漏排水系統(tǒng)、中間油箱、高壓空壓機系統(tǒng)、低壓空壓機系統(tǒng)、油處理室油泵控制箱、油處理室防爆風(fēng)機控制箱、中控室風(fēng)機控制箱、供水設(shè)備室軸流風(fēng)機控制箱、高壓空壓機、低壓廠用電盤室軸流風(fēng)機控制箱、低壓空壓機、勵磁變及PT室軸流風(fēng)機控制箱、下游副廠房通風(fēng)設(shè)備室空氣處理風(fēng)機控制箱。

11 400V廠用電備用電源自動投入系統(tǒng)

400V廠用電設(shè)有a、b、c段三段母線，正常運行情況下，a段、b段、c段母線獨立運行，各段母線間的聯(lián)絡(luò)斷路器處于分閘位置。當(dāng)a、b兩段母線中任一母線失電而另一段有電時，備用電源自動投入裝置動作，跳開失電工作電源進線斷路器，投入a、b兩段母線間的聯(lián)絡(luò)斷路器，完成備投功能。當(dāng)投入不成功或a、b兩段母線均失電，而c段母線有電，由運行人員在現(xiàn)地或遠方跳開a、b兩段母線進線電源斷路器及a、b段母聯(lián)斷路器，并分別手動投入a、c段母線的聯(lián)絡(luò)斷路器及b、c段母線的聯(lián)絡(luò)斷路器。400V廠用電恢復(fù)采用手動方式，可通過上位機、開關(guān)站/公用LCU及開關(guān)柜上的相應(yīng)操作畫面或開關(guān)及按鈕完成。400V備用電源自動投入裝置采用微機型控制裝置。為保證各斷路器操作的安全性，在斷路器操作回路中均設(shè)置有相應(yīng)的操作閉鎖條件。

12 110kV GIS部分

電站110kV配電裝置采用SF6氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備。GIS設(shè)備廠家為每個GIS間隔的主設(shè)備（斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、CT、PT等）提供一個現(xiàn)地控制柜用于現(xiàn)地控制、監(jiān)測、實現(xiàn)其電氣操作閉鎖、接受遠方合閘、重合閘、跳閘、保護跳閘信號等及對GIS組件的監(jiān)測。

110kV斷路器包括主變高壓側(cè)斷路器、線路斷路器。在現(xiàn)地控制柜上裝有（斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)）切換控制權(quán)的“現(xiàn)地/遠方”操作開關(guān)及現(xiàn)地跳合閘操作開關(guān)。電氣操作回路中帶有電氣防誤閉鎖回路接口。

13 其他

回龍山水電站設(shè)計中，為簡化二次接線，電站斷路器的操作控制點設(shè)在中控室的上位機及現(xiàn)地LCU盤，各斷路器現(xiàn)地控制柜（箱）上的操作開關(guān)均不作為操作點。若運行人員需要在現(xiàn)地操作斷路器時，必需嚴(yán)格按操作票執(zhí)行。

對于隔離開關(guān)、接地開關(guān)操作的五防閉鎖，除了設(shè)備本身的機械閉鎖及電氣閉鎖外，還應(yīng)嚴(yán)格按操作票執(zhí)行。

14 結(jié)束語

自動化元件的動作靈敏性和可靠性直接影響到整個控制系統(tǒng)的安全可靠。事實上，大多數(shù)的運行故障也是由硬件原因造成的。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，自動化設(shè)備的制造水平也取得了很大的進步。筆者認(rèn)為在設(shè)計工作中，在自動化設(shè)備的選型方面需要有很大的提高空間。也只有這樣，整個電站控制系統(tǒng)才能真正地協(xié)調(diào)、安全、可靠運行。