中小型水电站的电气二次设计探讨

党碧辉(中国葛洲坝集团机电建设有限公司,四川成都 610091)



中小型水电站的电气二次设计探讨

党碧辉
(中国葛洲坝集团机电建设有限公司,四川成都 610091)

【摘 要】随着社会经济的不断发展,人们生活水平的不断提高以及企业规模的不断扩大,人们在生产经营以及日常生活中的用电量逐渐增大。随着用电需求的不断扩大,就使得各种发电系统得到了较为快速的发展。在近些年间,水电站以其可再生、清洁无污染、运行成本低等诸多优点成为发电行业的新宠。而随着经济的发展以及能源的日益紧张,中小型水电站在近些年得到了广泛的重视和应用,而中小型水电站中的电气二次设计对于整个水电站的运行的安全与稳定发挥着极为重要的作用。本文主要就中小型水电站的电气二次设计进行探讨。

【关键词】中小型水电站 电气二次设计 探讨

中小型水电站是将流动的水能转化为电能的大型工程，它的主要运行原理是通过水库将从高处泄落的水引入水电站的引水系统中，用水的落差形成重力作用，从而形成动力，推动水电站系统中的机组正常运行，将水能转化为电能，并将电能输送至发电厂，为居民日常生活和企业生产经营提供电力资源使用。在水电站的电气设备中一般包括电气一次设备与电气二次设备，常见的电气二次设备主要包括计算机监控系统设备、机组继电保护系统设备、机组励磁系统设备、机组状态监测系统设备、高压系统保护及自动装置所组成的设备等等。电气二次设备在水电站的电气设计中作用极大，是保障水电站正常运行的基础，也是水电站电气设计中必不可少的重要组成部分[1]。

1 计算机监控系统设计

中小型水电站电气二次设备中的计算机监控系统主要是对其它运行的设备进行监控，并对监控结果作出相应的调节，能够有效维护设备的正常运行。一般中小型水电站中的计算机监控系统均采用符合国际开放系统标准的分层分布结构，采用计算机监控系统的主要目的就是为了减少工作人员的工作量，尽可能地减少值班人员。计算机监控系统分为电站终端控制级与现场控制级两层，采用100Mb/s光纤通过太网进行连接。电站终端控制级主要负责对其它运行设备进行终端监控，实时反馈信息，并对监控结果进行相应调节；现场控制机则负责对水轮发电机组、电气一次设备以及公用设备等进行现场实时监控和调节，当电站终端控制级出现故障时，现场控制级可以不受其影响，单独运行和调节。电气二次设备中对计算机监控系统的要求为，必须实行与调度、水情测试状况、泄洪闸门控制等系统的实时联系与通讯[2]。

2 机组继电保护系统设计

电气二次设备中的机组继电保护系统设备的功能主要是为了给水电站运行过程中一些其它的重要设备提供继电保护。受机组继电保护系统保护的设备主要有水轮发电机组、变压器、110kV线路、厂用变保护等设备，电气二次设计中的保护装置内部含有自检功能，能够有效检查出水电站运行过程中一些重要的设施设备是否受到了电磁的影响，并对受到电磁影响的设施设备进行相应地保护和调节。另外，在电气二次设计中在机组继电保护系统中设计了一个与计算机监控系统相连接的接口，可以实现机组继电保护系统与计算机监控系统的实时通讯。

3 机组励磁系统设计

在中小型水电站电气二次设计中，应该为每台发电机、每台主变压器、110 kV线路以及厂用变保护设备等配备一块交流采样电量综合测试仪，检测每个设备中的所有的电气量，从而确定是否应该为发电机的励磁电压、励磁电流等配备电量变送器。而每台发电机的有功功率、无功功率、单相定子电压、单相主变低压侧6.3kV母线电压、0.4kV厂用电母线电压、220V直流母线电压、UPS电源交流电压以及频率等是否需要分别配置电量变送器，是由发电机的实际需要来决定的。除此之外，为了给宏观监控提供方面以及为计算机监控系统准备备用设备，在中央控制系统中还应该配备少量的常规电测电子仪表，可以采用数字式仪表或者指针式的仪表，但为了更为精准地进行检测，数字电子仪表更为合适[3]。

4 直流电源设计

在中小型水电站电气二次设计中直流电源系统一般设计为220V的直流电源，对水电站中全部设备的电气保护、控制、操作、自动装置、事故照明等提供直流电源。为了加强水电站系统设备的防爆功能，在进行直流电源设计时，应同时设计出一组104只铅酸蓄电池的电池组，容量为200AH，电池组需要具备阀控、免维护、防爆等功能，还要设计一套充电装置。直流母线上为单母线，母线上挂一组铅酸蓄电池与一套充电装置，并配备微机绝缘检测装置以及蓄电池巡察装置。充电装置中一般采用微机控制高频开关整流模块，采用N+1冗余模式。

5 交流电源设计

中小型水电站中一般采用独立的一组10kVA的UPS交流电源装置，在此交流电源装置中不需要配备蓄电池。在水电站正常运行时，由交流220V的厂用电进行供电，在装置中要配置无触点旁路开关[4]。在UPS中某单元发生故障时，开关可以自动切换交流电源，而当交流电源中断时，可以无障碍地切换至直流电源，这样就能保证交流输出的不间断，从而保障水电站运行的安全与稳定。

6 结语

综上所述，中小型水电站中的电气二次设备对于整个水电站的安全、平稳运行发挥着极为重要的作用。在电气二次设计中的接线设计通常是对一次系统进行实时地检测、控制和保护，同时也对一次系统中的一次设备进行监测和保护，以保证一次设备的正常平稳运行。因此，在中小型水电站中应该加强对电气二次设计的重视程度，同时注重设计的科学性与合理性，提升电气二次设计水平，使其能够充分发挥保证水电站正常运行的作用，进一步提升水电站运行效益。

参考文献:

[1]王成明,邓鹏,朱冠廷.缅甸道耶坎水电站电气二次设计[J].人民长江,2013(S2):71-73+113.

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

[3]周业荣,严映峰,宋柯,刘立春,王蓓蓓.瀑布沟水电站电气二次系统总体设计介绍[J].水电站机电技术,2014(06):28-32+35.

[4]朱姝,刘存英,郭亚卓,张峥.盖下坝水电站电气二次设计[J].东北水利水电,2014(08):10-12.

作者简介:党碧辉(1979—),男,湖北宜昌人,学士学位,工程师、研究方向:水电站电气一次及二次安装、试验及调试。