达维水电站电气二次系统设计探讨

韩绪鹏，辛佳璇，文 杰

（1.三峡电力职业学院， 湖北 宜昌 443000； 2.华能吉林发电有限公司， 长春 130012）

达维水电站是大渡河干流水电规划“三库22级”的第3级电站，位于脚木足河康山乡游宝岩附近，坝区主要为砂板岩。坝址处水面高约2 606 m，初拟水库正常蓄水位2 730 m，坝壅水高约124 m，与上游的巴拉衔接，规划装机容量为300 MW，年发电量14.82亿kw·h。达维水电站2014年开工，计划2020年全部建成并投产，预计最大负荷发生在2017年，达维电站施工高峰期的用电负荷预计约7 MW。从达维施工区周边电网现状看，因达维施工区为马尔康县西北边缘地区，区域30 km范围内无35 kV及以上电网。为了满足马尔康电网施工用电需求，建设达维110 kV变电站工程是十分必要的。

达维水电站110 kV变电站按“有人值班，有人值守”设计，110 kV配电装置及主变采用户外布置，35 kV、10 kV配电装置采用室内布置；采用微机保护装置；变电站通信采用光纤通信方式。工程建设规模如下：主变压器：终期 1×16 MVA，本期 1×16 MVA，电压等级 110±8×1.25%/38.5±2×2.5%/10.5 kV，主变容量比：100/100/100；110 kV出线：终期3回，本期3回（至龙头滩110 kV变电站1回、至巴拉水电站110 kV施工变电站1回，柯拉机沟1回），单母线接线，室外GIS布置；35 kV出线：终期2回，本期1回，预留1回（室外部分），单母线接线，室内开关柜单列布置；10 kV出线：终期7回，本期7回，单母线接线，室内开关柜单列布置；10 kV电容器无功补偿：终期 2×2 000 kvar，本期 2×2 000 kvar，室内单列布置；站用变：终期 2×80 kVA，本期 2×80 kVA，室内开关柜布置。考虑到110 kV水电站二次系统设计[1-3]的工程案例比较少见，为保证水电站安全稳定经济运行，本文探讨了达维110 kV水电站电气二次系统设计的若干关键环节。

一、控制与信号系统

达维水电站的控制信号采用微机监控方式进行设计，采用分层、分布式变电站综合自动化系统，按照单机单网的规模配置。该系统由微机监控、微机保护和自动装置等部分组成，能够实现保护、数据采集、控制、信号等功能。

（一）控制方式

本站综合自动化系统按“有人值班、有人值守”设计，具备远方控制功能。微机监控包括三级控制，第一级为就地控制，由变电站站级间隔控制层完成，第二级由站内主控制室的操作员工作站来完成，第三级为远方控制，由调度集控中心调度。电气设备监控单元的设置按两种方式：全站公共信息和110 kV线路及主变压器的监控单元集中组屏设置于主控室。35 kV部分集中组屏设置于主控室。10 kV线路、10 kV电容器等均采用保护测控一体化装置。保护测控装置分散安装于相应的高压开关柜上。采用直流220 V一对一直接控制接线。可在主控制室监控主机集中控制和远控的设备有：110 kV配电装置各断路器；主变压器各侧断路器；35 kV配电装置各断路器；10 kV线路、电容器组断路器；主变压器有载调压开关等。

表1 达维110 kV二次系统的防雷级设计

（二）监控系统

微机监控系统采用模块化、分层分布式、开放的系统结构，按单机单网配置，站控层网络与间隔层网络采用直接连接方式。站内设置操作员工作站一套及其相关辅助设备。

站内监控系统应实现实时数据采集、安全监视与控制、屏幕显示与操作、运行记录、制表打印以及画面拷贝、变电站就地与远方的操作控制等功能，还应与微机保护装置及其它智能设备接口，以实现全站的综合自动化，由监控系统完成远动功能。同时，监控系统应具备逻辑闭锁软件实现全站的防误操作闭锁功能，同时在受控设备的操作回路中串接本间隔的闭锁回路。

1.远动功能：监控系统的远动功能具有常规RTU的全部功能，其功能及性能指标符合部颁《调度自动化设计技术规程》。从I/O测控单元采集的数据通过计算机网络送至远动通信装置，远动数据实采实送，满足地调、县调远动要求。到地调、县调的通讯口分别要求按两个通讯口配置，即一主一备方式并列运行，实现监控系统通信服务器具备常规网络通信功能，同时调度主站系统配置相应接口软件及设备。

2.时钟同步：接收全球定位系统GPS卫星发射的标准授时信号，利用对时总线上的秒脉冲信号对站内综合自动化网络上各节点进行秒脉冲校时，且通过通信串口向各通信设备广播校时，以确保站内系统时钟的一致性。

3.系统自诊断和自恢复：微机监控系统在线诊断系统全部软件和硬件的运行工况，当发现异常及故障时能及时显示和打印报警信息，在运行工况图上用不同颜色区分显示。

4.与微机保护装置接口：站内微机监控系统能通过串口接收微机保护装置的相关信号，查看保护定值、投/退保护装置等。

5.其它接口：站内微机监控系统应提供足够的RS232或RS422口与远方调控中心及站内其它智能设备接口，实现数据通讯。智能直流系统、火灾报警系统、图像监控系统、电压无功综合控制装置、故障录波装置、其它自动装置等。另外，监控系统以接点方式采集站内消防、防盗及逆变电源等报警信号。

（三）电源、防雷措施及接地

1.电源：站内综合自动化系统要求引入交流及直流电源供电，另设2套UPS逆变电源为站内不停电交流负荷供电，输出容量不小于5 kVA。逆变电源由站内蓄电池组供电，具有交流旁路备份功能。逆变电源具有外部通信接口，且可输出报警接点信号。

2.防雷措施：为防止雷电和其他内部过电压侵入变电站二次系统所造成的干扰和破坏，在变电站的低压交流供电系统及综合自动化系统考虑内部防雷及过电压防护措施，具体见表1。

3.接地：为了保护站内综合自动化系统设备的可靠运行，提高其抗干扰能力，站内综合自动化系统不设独立接地网，共用变电站主接地网，设备接地应安全可靠，并遵守“一点接地”的原则。

二、继电保护及自动装置配置

根据《继电保护和自动装置技术规程》要求，对达维水电站110 kV施工变电站元件保护及自动装置做如下配置。

（一）主变压器保护配置

选用微机型保护测控装置，主变保护测控组屏1面，安装于主控制室内，保护配置如下。

1.主保护：差动速断保护、比率差动保护，采用二次谐波制动原理。

2.非电量保护：主变本体瓦斯保护，重瓦斯动作跳闸主变三侧断路器，轻瓦斯作用于信号。调压油箱设置重瓦斯保护，重瓦斯动作跳闸主变三侧断路器，轻瓦斯作用于信号。压力释放装置，动作于跳闸或信号。油温高、绕组温度高动作于跳闸或信号。

3.110 kV侧接地后备保护：零序电压闭锁零序过电流保护、间隙零序过电流保护、零序过电压保护。

4.110 kV侧相间后备保护：复合电压闭锁过电流及方向过电流保护，依次动作于本侧断路器及主变三侧断路器。

5.35 kV侧相间后备保护：复合电压闭锁过电流及方向过电流保护，依次动作于本侧断路器及主变三侧断路器。

6.10 kV侧相间后备保护：复合电压闭锁过电流及方向过电流保护，依次动作于本侧断路器及主变三侧断路器。

7.主变三侧过负荷保护及过负荷闭锁有载调压。

（二）35 kV线路保护（选保护测控一体化装置）

1.三段式复压闭锁方向过流保护；

2.过负荷保护；

3.检同期检无压三相一次重合闸及后加速保护；

4.低周低压减载功能。

（三）10 kV线路保护（选保护测控一体化装置）

1.三段式复压闭锁电流保护；

2.零序过流保护；

3.过负荷保护；

4.检同期检无压三相一次重合闸及后加速保护；

5.低周低压减载功能。

（四）10 kV电容器保护（选保护测控一体化装置）

1.限时电流速断保护；

2.过电流保护；

3.零序过流保护；

4.过电压保护；

5.欠电压保护；

6.不平衡电压保护。

三、测量仪表

根据计量规程的要求，配置各部分的计量装置。110 kV线路、35 kV线路均装设双向电子式多功能电度表，精度0.2S级。主变高、中、低压侧均装设双向电子式多功能电度表，精度0.5S级，以上电度表集中组屏安装于主控制室。10 kV出线装设双向电子式多功能电度表，精度0.5S级，分散安装于高压开关柜内。

四、直流及UPS电源系统

直流系统向全站微机监控、保护、断路器跳合闸、事故照明等负荷提供电源。变电站设置1组阀控式密封铅酸蓄电池，容量200 Ah，2 V一只，104只/组，蓄电池组电压220 V。蓄电池容量选择按经常负荷和事故负荷的100%考虑，事故停电按1小时计算，事故照明按1小时计算。蓄电池采用组屏安装，设置主控制室内。蓄电池配置一套高频开关电源直流系统(10A×4块，220 V），充电模块按N+1备份方式配置。蓄电池配置1套蓄电池巡检仪。

220 V直流系统采用单母线接线方式。110 kV线路及主变保护、测控、故障录波等设备采用辐射供电方式；35 kV线路及10 kV出线保护、测控设备采用辐射供电方式。

直流系统设置微机监控单元，对直流系统进行监测和管理，并与监控系统通信。配置微机型直流系统绝缘监测仪，在线监测各馈线的直流接地故障，并与直流系统监控单元通信。直流系统组屏4面，设置于主控制室，其中直流充电屏1面、直流馈电屏1面、电池柜2面。

变电站配置2套5 kVA交流不停电电源（UPS）系统，并组屏1面设置于主控制室。UPS电源负荷包括微机监控系统、电能量计费系统、火灾报警系统、通信设备等。

五、站用电系统

变电站设置站用电屏2面，采用智能站用配电屏，布置于主控制室内，单母线接线，双回电源接入，一主一备方式运行，进线总路带ATS自动转换开关，保证主供电源失电后，备用电源可选择自动和手动投入，并可自主改变主供电源和备用电源。站用屏还应带有监控功能，可监测三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数、电度等电气参数。带有RS485通讯口，支持多种通讯规约，可方便接入监控系统。

六、结论

当前，优先发展水电仍是我国能源建设的重要方针。随着电力技术的革新、自动化水平的提高，变电站的监控得到迅速发展，高电压等级水电站二次系统的设计难度也与日俱增。本文从控制与信号系统、继电保护及自动装置的配置、测量仪表、直流及UPS电源系统、站用电系统等几个部分探讨了达维110 kV水电站电气二次系统的设计，可为同类型的110 kV水电站设计提供参考。

［1］朱冠廷，黄天东，陈吉祥，等.湖北三里坪水电站电气二次设计[J].人民长江，2013（20）：68-71.

［2］朱姝，刘存英，郭亚卓，等.盖下坝水电站电气二次设计[J].东北水利水电，2014（8）：10-12.

［3］袁艳艳，黄卫平.赞比亚Lunzua水电站厂用电系统二次设计[J].广西水利水电，2015（3）：29-31.