低压机组一体化控制屏在农村水电中的应用

聂旭旺，杨 沐

(国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司,江苏 南京 211106)



低压机组一体化控制屏在农村水电中的应用

聂旭旺，杨 沐

(国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司,江苏 南京 211106)

在我国，低压机组水电站约占全国农村水电的70%～80%，电站的自动化水平较低，危及到电站设备的运行安全和人身安全，降低了低压机组电站的市场效益和竞争力。介绍一款由南京南瑞集团公司自主研发的低压机组一体化控制屏，详细叙述了该产品的研发背景、产品构成和功能，并通过实际案例介绍了该产品的应用，为提升此类电站的自动化水平提供了重要的参考。图3幅，表1个。

农村水电；低压机组；一体化控制屏；自动化

0 引 言

我国小水电资源极其丰富，据不完全统计，可开发量约为1.3亿kW，居世界首位，开发前景广阔。目前我国农村小水电站有5万多座，在农村经济发展中发挥了重大作用。这些小水电站70%～80%都是400 V的低压机组，大多在山区条件恶劣的地方，生活条件相对艰苦。

由于低压机组水电站机组单机容量很小，电站职工素质普遍不高，整体的自动化水平一直得不到提高，电站的各项控制、调节基本都是按照人工操作来设计。这种落后的设备配置方式和技术装备设计思想一直延续到现在，造成低压机组水电站的劳动生产效率无法提高，电能质量很不稳定，各种事故频繁发生，已严重危及到电站设备的运行安全和人身安全；使得低压机组水电站在运行、融资、上网等方面遇到困难，影响到电站的效益与生存，使得电站在市场经济的环境下缺乏应有的竞争力。

南京南瑞集团公司正是在这种背景下，经过多方调研，发挥自身长处，总结低压机组的特点，凭借在自动控制领域多年的工程经验，自主研发了NSLD13003低压机组一体化控制屏。该产品适用于单机1 000 kW及以下、发电机出口电压为400 V的低压水轮发电机组，集低压机组的测量、控制、保护、励磁、同期等功能于一身，提高了低压机组电站的自动化水平，增强了低压机组电站在市场上的竞争力。

1 实现条件

(1)优良的一次设备。优良的一次设备是指经过预试及运行鉴定，技术状况良好，技术档案资料齐全，能达到铭牌出力且可以确保安全、经济、可靠供电的完好设备；还应能够正确的接受二次设备的控制指令，且不会误动。

(2)合理设计的二次设备。随着自动控制技术的不断发展，市场上二次设备种类齐全。根据低压机组水电站的特点进行设计，既可保证设备可靠工作，又不需投资过大。

(3)可靠的通讯技术。通讯技术的发展完成了设备之间的软连接，一次设备与二次设备之间、二次设备与二次设备之间通过可靠的通讯总线高速、精准的完成数据交换。

2 低压机组一体化控制屏的组成

低压机组一体化控制屏主要由智能控制器单元、发电机出口断路器、隔离开关、互感器、励磁组件、励磁变压器(有刷励磁方式)等组成，将一台水轮发电机组的一、二次设备优化配置在一面屏中。屏体采用全封闭结构，具有较高的防护等级(见图1)。具体组成如下：

图1 低压机组一体化控制屏

(1)智能控制器。采用南瑞自主研发的NSLD13601低压机组智能控制器，该控制器采用标准4U19″机箱，机架式安装。机箱正面为人机显示部分，采用高性能轻触按键及液晶显示屏，机箱背面为接线端子，主要完成发电机组各设备的数据采集、监视、控制功能，继电保护功能，励磁调节与控制功能(见图2)。

(2)一次设备。主要包括发电机出口断路器、隔离开关、互感器等。

(3)励磁设备。主要包括可控硅整流器、灭磁及过压保护回路、励磁变等。

图2 低压机组智能控制器

(4)仪表和操作按钮。主要包括电流表、电压表、功率表、频率表、开停机按钮及把手等，实现机组状态的监视和手动控制操作。

(5)电源系统。实现低压机组一体化控制屏内各设备的供电及部分外部回路的供电。

(6)柜体。采用2260×800×800标准机柜。

3 低压机组一体化控制屏的功能

(1)机组流程控制。低压机组一体化控制屏能够实现机组的自动开机、停机、事故停机等顺序流程控制，以及手动一键开机、一键停机功能，实现一键式操作，简化了操作流程。

(2)测量功能。能够测量发电机机端三相电压、三相电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数、励磁电压、励磁电流等电气量参数；提供8路RTD通道，实时测量水轮机轴承、发电机定子等部位温度，将电阻信号转换成温度值实时显示；并且每路通道能设置两级温度定值，动作于告警和停机，代替传统电站配置的温度巡检仪。可直接测量水位变送器送来的模拟量信号，并可根据设定值和优化算法实现机组的全自动经济运行功能。可采集机端电压信号，采用残压测频的方式测量机组转速，并根据设定值完成开、停机操作中的相关操作，代替传统电站配置中的转速测控仪；提供32路开关量输入和18路开关量输出，可满足现场I/O采集的需求。

(3)继电保护功能。电流速断保护，过电流保护，过负荷保护，过电压保护，低电压保护，频率保护，失磁保护，逆功率保护，非电量保护，零序过压保护，零序过流保护。

(4)励磁功能。机组并网后有下列运行方式：恒电压有差运行方式，恒励磁电流运行方式，恒无功功率运行方式。

具有良好的动态特性，发电机甩负荷时，能迅速将机端电压稳定在额定电压水平。

具有多种起励方式：系统电源起励、设定电压起励、跟踪系统电压起励。

具有各种限制和保护功能，限制值可设定。

(5)微机自动准同期功能。具备微机自动准同期功能，能够自动调频、调压，实现快速无冲击并网。

(6)远方功率调节。具备功率自动调节功能，并网成功后，可以通过遥控的方式，按照设定的有功功率、功率因数自动完成功率调节。

(7)自动经济发电功能。具备机组优化运行与经济控制等智能功能，系统可根据前池水位完成自动开机、停机、经济发电等功能。当水位达到高水位时，系统自动开机，并网后自动调整负荷，发电机按最大出力发电；当水位达到低水位时，自动调整发电机按照最小出力发电；当水位达到停机水位时，发电机自动停机。

(8)报警显示功能。通过智能控制器面板的LED指示灯可指示机组运行重要的故障信号，通过装置液晶屏可查阅机组状态、保护及控制的各项报警及事件信息。

(9)通信功能。通过智能控制器的通信接口，实现与远方后台系统的联网监控，实现机组远方开、停机操作及功率调节、报警查询、历史数据查询等功能。

4 应用实例

某水电站装机容量为1 890 kW(3×630 kW),3台机组采用出口电压为400 V的低压机组(见表1)。

表1 机组参数

业主反馈采用南京南瑞集团公司的NSLD13003低压机组一体化控制屏后，提高了电站的自动化水平，减少了建设期间设备选型的工作量，降低了日常运行维护的费用，解放出的人力从事了其他岗位的工作，增加了公司的效益。

低压机组一体化控制屏在该电站主接线的功能如下所示(见图3)，图框内的设备均由低压机组一体化控制屏提供，功能均由低压机组一体化控制屏实现。大大简化了低压机组电站的设计工作，提高了低压机组电站的自动化水平。

图3 低压机组一体化控制屏结构功能示意

5 结 语

低压机组一体化控制屏特点明显突出：高度集成化，有效节省投资；运行智能化，降低了运行成本；高可靠性，保障机组安全稳定运行；结构标准化，设计工作简化；模块化设计，后期维护简单。

相比于人工操作，采用低压机组一体化控制屏后提高了劳动生产效率、提高了电能质量、降低了生产事故发生的频率、降低了投资和运行成本、改善了职工的工作和生活环境、提高了低压机组电站的经济效益和市场竞争力。

[1] 赵雪飞，谢传萍.小水电一体化控制技术及其应用[J].水电自动化与大坝监测.2014,38(2)：64_66.

[2] 尹 刚，余少彬.低压机组水电站安全自动化技术的研究[J].农村水电站安全保障技术.2010(2)：78_81.

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责任编辑 吴 昊

2015-05-25

聂旭旺(1986-)，男，助理工程师，主要从事小水电综合自动化系统的调试、现场投运及维护等工作。E_mail：niexuwang@sgepri.sgcc.com.cn