尼泊尔上马相迪A水电站电气二次设计

杨杰，宋德强，连春星，董权力

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021；2.黑龙江牡丹江抽水蓄能有限公司，黑龙江牡丹江157000）

尼泊尔上马相迪A水电站电气二次设计

杨杰1，宋德强2，连春星1，董权力1

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021；2.黑龙江牡丹江抽水蓄能有限公司，黑龙江牡丹江157000）

尼泊尔上马相迪A水电站的电气二次设计既要满足与尼泊尔签订的并网协议以及补充文件，又要满足相关规程规范，还要兼顾中方和尼方人员的使用习惯。本文对上马相迪A水电站计算机监控、继电保护、励磁、直流电源等系统结构、系统配置与系统功能的设计作了较为详细的介绍。

计算机监控系统；继电保护系统；电气二次设计；上马相迪A水电站

尼泊尔上马相迪A水电站是中国电建集团在尼泊尔做的首个BOOT项目，也是响应国家“走出去”和“一带一路”战略实施的项目。该电站坐落于尼泊尔西部马相迪河上，距离尼泊尔首都加德满都约180km，为径流式水电站，总装机容量2× 25MW，工程采用低坝挡水、长隧洞引水的开发方式，投产发电后每年将为尼泊尔提供3.17亿kW· h电量，将有效改善当地电力不足现状，为尼泊尔经济发展、改善民生发挥积极推动作用。

上马相迪A水电站主接线为发变组单元接线，高压侧为单母线接线，以一回20km长132kV出线接入中马相迪电站。电站为引水式地面厂房，采用一洞二机布置型式；主要建筑物包括挡水大坝、引水隧洞、地面厂房、开关站等。

1 计算机监控系统

上马相迪A水电站计算机监控系统按“无人值班”(少人值守)的原则进行设计和配置，采用全计算机控制。主要对象包括2台25MW水轮发电机组及其辅助设备、2台31.5MVA主变压器、132 kV开关站设备、全厂公用设备及泄洪闸设备等。

1.1 系统结构

计算机监控系统采用分层分布式结构，整个系统分成厂站层和现地控制单元层，通过网络设备实现连接；网络传输速率为100Mbps。

全厂数据库和历史数据库分布在厂站计算机中，各单元数据库分布在各个LCU中，系统各功能分布在系统的各个节点上，每个节点严格执行指定的任务并通过系统网络与其他节点进行通信。现地控制器单元采用单控制器结构，配置有冗余的电源模件、网络模件。冗余模件的工作方式为在线热备，切换无扰动。远程I/O柜与本地控制柜之间采用冗余现场总线连接，传输介质为光纤。为了确保机组事故时能够自动、安全、可靠停机，机组现地控制单元保留了1套独立于计算机监控系统的水机保护回路，包括紧急停机按钮、紧急关进水阀门按钮等。

1.2 硬件配置

计算机监控系统厂站层主要配置有：2套数据服务器、2套操作员工作站、1套工程师站、1套坝区操作员工作站、1套通信工作站、1套语音报警工作站、1套GPS时钟装置。全厂共配置有5套现地控制单位。

1）机组LCU1～LCU2。监视和控制对象为机组励磁、调速器、发变组继电保护、机组进水阀门、机组附属及辅控系统、机组出口断路器等。

2）132kV开关站LCU3。监视和控制对象为开关站132kV线路、132kV母线、1~2号升压变压器，继电保护及故障录波等。

3）公用设备LCU4。监视和控制对象为厂内10 kV和0.4kV配电设备、直流电源、压缩空气、渗漏排水、检修排水、消防水泵、水位测量、通风等设备。

4）泄洪闸LCU5。监视和控制对象为电站进水口及泄洪闸门、大坝水位、大坝400V设备等。1.3系统功能

电站计算机监控系统功能主要是实现整个电站设备集中监视和控制、记录和管理以及电力系统的远方监控，其主要功能包括数据采集和处理、人机接口、控制与调节、通信等。

1.4 系统特点

上马相迪A水电站监控系统主机兼操作员工作站采用RedhatLinux操作系统，数据库采用MicrosoftSQLServer2000，保证了操作系统的安全性。主机兼操作员工作站、工程师工作站选用HP公司的Z800工作站；网络交换机选用台湾摩莎的工业级以太网交换机；现地控制单元PLC采用GE公司的PACSystemsRX3i系列产品。

2 继电保护系统

发电机、主变、132kV线路、母线的继电保护均采用数字式继电保护装置，具体配置如下。

2.1 发电机保护

比率制动纵差保护、复合电压过流保护（带记忆）、过电压保护、定子过负荷保护、定子一点接地保护、转子一点接地保护、失磁保护、负序电流保护。

2.2 变压器保护

主变差动保护、复合电压起动过电流保护、零序保护（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。

变压器非电量保护包括：重瓦斯保护、轻瓦斯保护、温度保护、压力释放装置、油位保护。非电量保护采用独立的装置实现(电源回路与前述的电气量保护分开，跳闸出口独立)。

2.3 开关站保护

1）132kV母线保护。132kV采用单母线接线，配置1套许继电气的微机型母线保护。母线差动保护采用低阻抗比率制动原理，具有抗CT暂态饱和功能，不含断路器失灵保护功能。

2）132kV线路保护。为满足并网协议及其补充文件的要求，同时兼顾中马相迪水电站站内已有线路选用法国阿尔斯通公司MICOM型微机保护装置及尼方人员的操作习惯，新建送出线路的继电保护选用MICOM型微机保护装置，包括1套微机光纤纵联距离主保护和1套微机零序接地方向过流后备保护。2套线路保护分别接入不同的电流互感器绕组，其中线路主保护带有完善的反应相间故障及接地故障后备保护(配置三段式相间距离保护、三段式接地距离保护和接地方向电流保护)，以保证发生接地故障时能可靠地有选择性地切除故障。

国外保护设计思路中没有断路器操作箱，而是使用快速继电器和锁存继电器作为辅助继电器；保护动作出口驱动辅助继电器，辅助继电器的接点启动跳合闸回路。同时增加合后继电器，远方合闸出口对合后继电器置位，远方分闸和手动分闸复位；继电器的常闭接点（合后位置）闭锁线路保护重合闸，见图1。

图1 上马相迪A水电站线路保护合后继电器原理接线图

3）故障录波。开关站设置1套故障录波装置，具有80路模拟量，160路开关量，用于记录和分析132kV系统故障或振荡情况下电气量的波形。

3 励磁系统

发电机采用自并励可控硅三相全控整流励磁方式，由2个并联支路组成，当1条支路退出时，另1条支路能够满足所有运行工况要求，励磁调节系统采用双通道数字式励磁调节器。2套系统采用热备用运行方式，2套调节器同时接收输入的控制与调节信号并执行操作与调节，但只有处于工作状态的有输出信号和触发脉冲，一旦工作调节器发生故障则备用调节器自动投入运行，实现无扰动切换。当2台励磁调节器的电压调节(AVR)同时故障时，应自动切换至励磁电流调节(FCR)方式运行。

励磁系统配置有过励限制、低励限制、电压/频率限制及电力系统稳定器（PSS）、电压跟踪等辅助单元及励磁变压器过电流、转子过电压及交流侧过电压等保护。发电机正常停机采用逆变灭磁，事故停机采用磁场断路器及非线性电阻灭磁。

4 直流系统

全厂设置1套直流电源系统，采用220V电压等级，蓄电池采用阀控式密封铅酸蓄电池。直流系统采用单母线分段接线方式，每段母线上分别接有1组蓄电池及1套充电装置，2段直流母线之间设联络开关。当其中1套充电设备故障或更换电池时，该段母线所接直流负荷可以转移至另一段直流母线。采用微机监控仪完成充放电控制、母线绝缘监测、各馈电支路绝缘监测、电池容量监测等功能。直流系统以RS485接口与开关站LCU相接，上送有关信息至监控系统。

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［2］张显伟，薛晔，杨杰．丰满重建工程三期独立运行计算机监控系统设计方案［J］．水利水电技术，2016，47（06）：111—114．

［3］SL/T511－2011，水利水电工程机电设计技术规范［S］．

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TM645.2；TV75

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2017-03-10