盖下坝水电站电气二次设计

朱 姝 ，刘存英 ，郭亚卓 ，张 峥

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021；2.吉林省电力有限公司长春供电公司，吉林 长春 130000）

1 概述

盖下坝水电站工程位于重庆市云阳县境内的长江南岸的一级支流长滩河上。该电站为引水式电站，是以发电为主，兼顾防洪、旅游等综合利用的大型水电工程。电站总装机容量为132 MW，装设3台单机容量为44 MW的立轴混流式水轮发电机组，采用一机一变单元接线和二机一变扩大单元接线，220 kV侧为单母线接线，1回出线。电站建成后承担重庆市电网的调峰和事故备用任务。

2 计算机监控系统

2.1 监控方式

该电站的自动控制系统采用计算机监控为主，简易常规为辅。按无人值班（少人值守）、远方遥控的方式设计。

2.2 监控系统结构

该系统应采用符合 ISO/IEC 7498-1，2，3，4和IEEE 802/WG57国际开放系统标准的开放环境，以保证系统中选用不同设备时的互操作性、扩展性和设备更新时的可移植性。开放环境包括应用开发环境、用户接口环境及系统互连环境。软件应适合在开放系统环境下运行，并具有成熟的运行经验。系统应采用分布式数据库，操作系统、用户界面及网络接口等均应符合开放系统有关标准。

盖下坝水电站计算机监控系统，分电站控制级和现地单元控制级。电厂级设备包括2台互为热备用的主机服务器、2台操作员工作站、1台工程师工作站兼培训站、2台调度通信工作站、1台综合管理工作站、1台厂长工作站、1台厂总工作站。电站控制级除完成对电站的监控外，还应实现与电力调度中心的通信，发送上行信号，接受电力调度中心下行的控制调节命令，是整个电站的控制核心。现地控制单元级共设5个现地采用可编程控制器的控制单元（LCU），直接面向生产过程，负责对现场数据的采集和预处理，能够独立或按电站控制级的命令完成对机组及其附属设备、开关站设备、公用设备和厂用电配电设备、坝区相关设备等的控制。其中1LCU、2LCU、3LCU为机组现地控制单元，4LCU为开关站设备、厂用及公用现地控制单元，5LCU为坝区设备现地控制单元，坝区与厂房约7.5 km，通过光纤连接。1～5LCU均采用双CPU、双电源加智能I/O模块结构，网络采用双套快速交换式光纤以太网结构。整个系统在硬件上应确保简单、安全、可靠和便于扩展。

2.3 监控系统的功能

计算机监控系统主要功能包括：数据采集和处理、安全运行监视、实时控制和调节、事件顺序记录、打印记录、事故追忆、事故处理指导和恢复操作指导、系统通信、系统自诊断与自恢复、电站运行维护管理、系统授权管理等。

电站控制级负责协调和管理各现地控制单元的工作，记录和计算整个电站的运行信息，并把经过处理的数据存入数据库中。具有运行工作票和操作票的管理和打印功能。运行工作票的格式应符合电站运行的要求。

发电机现地监控单元（1～3 LCU）功能是监控水轮机、发电机、蝶阀、机组出口断路器、机组附属及辅助设备等。

在机组监控单元屏中配置一套独立的用于水力机械保护的可编程控制器，发生重要的水机事故或现地控制单元冗余系统全部故障或工作电源全部失去时，水力机械保护的可编程控制器可直接作用于事故停机。

厂用、公用及220 kV开关站设备现地控制单元（4LCU）功能是：监控包括220 kV开关站设备、220 kV线路保护、主变保护、厂用电设备、厂用电保护、中压空压机控制、制动空压机控制、厂内渗漏排水泵控制、检修排水泵控制、消防泵控制、尾水水位、直流系统。其中空压机、厂内渗漏排水泵、检修排水泵、设备消防泵、建筑消防泵采用各自独立的PLC接入。

坝区设备现地控制单元(5LCU)的功能是：负责监控大坝渗漏排水系统、水库水位、坝区变保护及设备、柴油发电机、闸门控制系统。

3 继电保护系统

3.1 发电机保护配置

比率制动纵差保护、横差保护、100%定子单相接地保护、95%定子单相接地保护、电流记忆低压过流保护、过电压保护、过负荷保护、失磁保护、转子一点接地保护、发电机出口电压互感器微机消协保护。

3.2 励磁变压器保护配置

电流速断和过流保护、温度保护。

3.3 主变压器保护的配置

3.3.1 主变保护采用双重化配置：

A套保护配置采用纵联差动保护、复合电压起动过电流保护、零序保护（应装设用于中性点直接接地和经放电间隙接地的零序过电流保护及零序过电压保护）、变压器过负荷保护。

B套保护配置采用纵联差动保护、复合电压起动过电流保护、零序保护（应装设用于中性点直接接地和经放电间隙接地的零序过电流保护及零序过电压保护）、变压器过负荷保护。

变压器本体保护包括：重瓦斯保护、轻瓦斯保护、温度保护、压力释放装置、冷却系统保护、油位保护。变压器本体保护的功能在主变压器A套保护屏内实现。当主变A或B套微机保护退出后，非电量保护仍然能跳闸、停机、报警等。

3.3.2 主变保护现场问题及处理

原主变配置两套差动保护，第一套差动保护范围由主变高压侧CT、机组出口CT、厂用变高压侧CT和隔离变高压侧CT构成；第二套由主变高压侧CT和主变低压侧CT构成。但在现场的参数及配置情况下保护厂家提出由于厂变高压侧发生两相金属性故障时，厂变高压侧50/5的CT会严重饱和，导致主变差动保护误动且由于变压器差动各侧平衡系数太小，会导致主变差流计算精度不够，保护装置满足不了要求，鉴于上述情况，考虑到本站10.5 kV侧为共箱封闭母线，出现短路接地几率很小，因此也可不把10.5 kV母线包含在差动的范围，采取将第一套主变差动保护范围变更为由主变高压侧CT和主变自身低压侧CT构成的方案，根据《继电保护和安全自动装置技术规程》GB-14285中第4.8.3条规定，10.5 kV母线保护可由发电机和变压器后备保护实现。

3.4 厂用变压器保护

厂用变压器采用了过电流保护、零序过电流保护。

整个电站全部采用微机型保护装置，保护方案的选定和配置主要依据《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》、《继电保护和安全自动装置技术规程》等规范内容要求设计，保护装置可直接作用于解列、停机、灭磁并将信号送至计算机监控系统及中央音响信号系统。

4 二次控保屏接地

根据《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》要求，盖下坝水电站在中控室的屏柜下，按屏柜布置的方向敷设100 mm2的专用铜排，将该专用铜排首末端连接，形成保护室内的等电位接地网。保护室内的等电位接地网与厂内的主接地网只能存在唯一连接点，连接点位置选择在电缆竖井处。为保证连接可靠，连接线用4根截面为50 mm2的铜缆构成共点接地；保护屏及控制屏的接地，应用截面为50 mm2的铜缆将屏内接地铜排与等电位接地网相连。对于开关站端子箱的接地，应使用截面为100 mm2的铜缆将端子箱内接地铜排与电缆沟道内等电位接地铜排相连，并将电缆沟道内铜排用4根截面为 50 mm2的铜缆与主接地网一点接地；通讯室、机旁及开关站等电位接地铜排用截面为100 mm2的铜排与中控室等电位接地网可靠连接，连接点设在中控室等电位接地网与主接地网连接处。综上所述，接地网增加了机组继电保护装置和其它保护装置的抗电磁干扰的能力。

5 励磁系统

发电机采用自并激可控硅三相全控整流静止励磁系统。额定励磁电压286 V；额定励磁电流726 A；空载励磁电压100 V；空载励磁电流371 A。励磁系统由励磁电源变压器，可控硅整流装置、灭磁装置、起励装置，励磁调节器组成，机组励磁调节器采用数字式微机励磁调节器。

6 控制电源系统

系统包括直流控制电源系统和交流控制电源系统两部分。直流控制电源由蓄电池组及相应的充电设备组成；交流控制电源由厂用交流电源和逆变电源组成。

6.1 直流系统

直流系统采用220 V一个电压等级。主要负担厂内各种继电保护、自动控制以及开关操作的操作电源，此外还作为机组直流起励电源及逆变电源装置的电源。蓄电池组选用两组铅酸免维护电池。蓄电池容量按满足事故放电1 h计算，容量为：500 Ah。

直流系统采用微机控制的高频开关整流模块作为直流系统的整流装置。主要由交流配电单元、充电模块、监控模块、配电监控、降压单元、直流馈电单元（包括合闸回路、控制回路）、绝缘监测等几大部分。

6.2 交流系统

中控设逆变电源及交流负荷屏共2面（其中交流负荷屏共1面），内设有能连续工作无时限切换的在线式逆变电源装置1套，输入：0.4 kV；输出：AC220V±10%；输出容量：10 kVA。

机组交流电源由交流操作电源屏供给，分别引到UPS、PLC、励磁、调速器、自动化元件、非电量变送器、测量表计屏及各需要交流电源的地方。

7 同期

每台机组的发电机出口断路器都设为同期点，每台机组现地控制单元（1 LCU——3LCU）都配有1套数字式自动准同期装置和手动准同期装置。自动准同期装置在机组同期并网过程中，自动调节机组的频率和电压，满足同步条件时，自动发出合闸脉冲。当手动同期时，通过同期表(由电压差、频率差和同步指示三部分组成)及调节频率和电压的控制开关，实现机组手动准同期并网。

220 kV线路断路器和主变压器高压侧断路器为同期点（同期点为3点）。220 kV断路器共用一套自动准同期装置和手动准同期装置。在公用LCU控制屏上，实现主变、线路自动准同期及手动准同期并网。

8 全厂信号系统

各安装单元的状态信号及报警信号均通过PLC送入计算机监控系统,由计算机处理后,进行显示、报警、打印、远传等。全厂设中央音响信号系统，事故、故障信号可由计算机远方复归或现地手动复归。

[1]黎建宇.水电站或变电站二次部分设计.东方企业文化[J].2011（7）.

[2]柯贤安.浅析中小型水电站的电气二次设计[J].陕西水力，2011（4）.

[3]天津大学，贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社.1994.

[4]DL/T5065-2009，水力发电厂计算机监控系统设计规范[S].

[5]GB/T 14285-2006，继电保护和安全自动装置技术规则[S].