黄河龙口水利枢纽电气二次设计

2011-04-14程晓坤

水利水电工程设计 2011年2期

林宁程晓坤

1 计算机监控系统

龙口水电站计算机监控系统采用开发式全分布结构,在功能上分为主控级和单元控制级两级,通过工业级交换机组成光纤双环型以太网,速率100mB/s。主控级是电站实时监控中心,主要负责全厂重要机电设备的实时监视和控制,进行全厂的自动化运行(包括AGC、优化运行、AVC等)、历史数据处理、系统管理、系统调度数据网的电站侧数据处理以及进行全厂的人机对话等。主控级主要硬件设备包括:系统工作站2套、操作员工作站2套、工程师/培训工作站1套、(以上机型均为SUN ULtra 45 Workstation);厂内通信工作站1套、语音报警装置1套(以上机型均为HP XW4600 Workstation采用UNIX操作系统);系统调度通信工作站4套及系统通讯所需的交换机、纵向加密、路由器等;双环光纤工业以太网网络连接设备2套MS20交换机(德国HIRSCHMANN);模拟屏及通信转换驱动器1套;GPS卫星时钟系统1套;彩色激光打印机2台、黑白激光打印机2台;上位机不间断电源(10kVA)2套。计算机监控系统软件采用NARI公司NC2000系统,主要包括:网络通信软件、系统冗余软件、标准接口软件、应用软件等。

单元控制级主要负责生产过程的实时数据采集和预处理,控制与调节,以及与上位机的通信联络等。设备包括:机组现地控制单元(1LCU—5LCU)5套;山西侧开关站现地控制单元(6LCU)1套;内蒙侧开关站现地控制单元(7LCU)1套;公用设备现地控制单元(8LCU)1套。现地控制单元采用NARI公司MB80系列智能 PLC,具有双CPU直接上网功能,每一个现地控制单元接至两个RS20系列网络交换机。

全厂公用控制系统包括:气系统(中压空压机集中控制、低压空压机集中控制)、排水系统(厂内渗漏排水、厂内检修排水、11#～19#坝段渗漏排水、下游灌浆廊道排水、右岸消力池排水)底孔闸门系统及全厂通风系统等。以上系统除右岸消力池排水控制设备外均采用ABB公司生产的可编程控制器及相关自动化元件实现自动控制,右岸消力池排水控制采用施耐德公司生产的可编程控制器。根据设备布置采用分组组网方式接入计算机监控系统,实现对全厂公用控制系统的监视。

龙口水电站将接受山西和内蒙2个电网的电力调度,相应数据也将送入两网,所以在设计时设置了2个开关站现地控制单元,即山西侧开关站现地控制单元(6LCU)和内蒙侧开关站现地控制单元(7LCU),使数据独立互不干扰。另外远动所用的系统调度通信工作站,冗余配置每个电力系统2台,增加了远动的可靠性。

2 机组励磁系统

采用广州电器科学研究院生产的EXC9000全数字式静态励磁系统,主要包括:励磁变压器、调节柜、功率柜(2个)、灭磁开关及非线性电阻柜。励磁电源取自发电机机端的励磁变压器,经三相全控桥整流后,向发电机提供励磁电流。其主要特点是功能软件化、系统数字化;并采用了DSP数字信号处理技术、可控硅整流桥动态均流技术、高频脉冲列触发技术、低残压快速起励技术、现场总线技术等。

励磁调节器具有独立的数字/数字/模拟三通道,调节通道以主从方式工作,其中一个自动电压调节通道作为主通道(含自动和手动单元),另一个自动电压调节通道(含自动和手动单元)作为第1备用通道,手动调节通道作为第2备用通道。模拟通道是基于集成电路的模拟式调节器。它以励磁电流作为反馈量,从实现的原理和途径上与数字式调节器相比完全不同,因而能起到很好的后备作用,实现两种不同的调节组态。每个自动调节通道配有1套独立的智能化故障检测系统,调节器采用多CPU模式协同工作,运算速度快;具有PID控制器及电力系统稳定器(PSS)等功能。

正常停机调节器自动逆变灭磁,事故停机跳灭磁开关将磁场能量转移到高能氧化锌非线性电阻灭磁。灭磁回路采用 “均能组合”技术,使得灭磁过程中各支路吸收能量均匀,从而保持了各支路非线性电阻老化程度一致。过压保护采用串联大功率交流电源,灭磁时切除脉冲可以保证在任何工况下磁场能量均能顺利转移到氧化锌,采用这种方式灭磁可以加快灭磁时间,减少开关电磨损,也可降低对磁场断路器弧压要求。

3 调速系统

调速器由武汉长江控制设备研究所供货,1#～4#水轮机调速器为WDST-100型微机双调电液调速器(导叶和桨叶双调),5#水轮机调速器为WDT-80型微机单调电液调速器。5套调速器均采用双PCC调节器,控制模块通过接收机组控制命令及机组实时功率、转速、水头等测量值,计算出相应的导叶位置设定值,并根据设定值与测量值的偏差,输出到水轮机操作机构执行,使导叶位置、桨叶位置自动协联并与设定值相对应。调速器测速采用电气测速和齿盘测速相结合的方式,电气测速采集机端和系统PT信号,齿盘测速是利用主机厂安装在主轴上的齿盘,由调速器厂家配齿盘探头得到齿盘信号。液压部分由双伺服比例阀、主配压阀、事故配压阀、分段关闭装置(小机组没有)等组成。

机组正常停机时利用主配压阀关闭导水机构,当机组甩负荷,而调速系统主配拒动不能关闭导水机构时,机组转速升高,当转速升高到整定值且收到主配拒动信号后,控制事故配压阀,使主接力器迅速关闭,从而防止机组飞逸;当事故配压阀也发生故障,转速继续上升到过速保护装置设定值时,过速限制装置动作,利用油路直接使导叶迅速关闭,实现机组的飞逸保护。同时启动机组紧急事故停机流程使机组停机,防止转速过度升高造成对机组的损害。

4 继电保护

(1)1#～4#发电机保护采用双重化配置,A套为国电南京自动化股份有限公司的GDGT801-1343型微机保护装置,B套为南京南瑞继保工程技术有限公司的PRC85GW-31型微机保护装置。发电机保护包括:不完全纵差动保护、完全裂相横差保护、带电流记忆的低压过流保护、定子过负荷保护、负序过负荷保护、失磁保护、定子过电压保护、100%定子接地保护、转子一点接地保护、轴电流保护,其中A套保护中还包括励磁变的保护配置有速断及过流保护。

5#发电机保护采用国电南京自动化股份有限公司的GDGT801型微机保护装置。发电机保护包括:完全纵差动保护、带电流记忆的低压过流保护、定子过负荷保护、定子负序过负荷保护、失磁保护、定子过电压保护、90%定子接地保护、转子一点接地保护、轴电流保护,及励磁变速断和过流保护。

(2)1#～5#主变压器电气保护采用双重化配置,A套为国电南京自动化股份有限公司的GDGT801-1343型微机保护装置,B套为南京南瑞继保工程技术有限公司的PRC85TS-21型微机保护装置,另外配1套国电南京自动化股份有限公司的非电量保护。变压器保护包括:主变差动、主变高压侧复合电压启动过电流保护、主变间隙、主变零序、过负荷、瓦斯、油温度及绕组温度、压力释放保护等。

(3)母线及断路器失灵保护。采用双重化配置,每套保护均含有失灵保护功能。母线保护和失灵保护共用出口元件和复合电压闭锁功能,A套为深圳南瑞科技有限公司的BP-2B型微机保护装置,B套为南京南瑞继保工程技术有限公司的PRC15AB-312A型微机保护装置。

220kV母线型式为:山西侧为单母线,内蒙侧母线为不完全双母线分段运行,两条母线之间无母联开关,山西侧1条母线与内蒙侧1条母线可以通过刀闸互联,实现山西侧或内蒙侧机组送到内蒙侧或山西侧系统,互联刀闸无断负荷能力,开关站正常运行时,互连刀闸处于分位,两侧的双套母线保护装置分别实现本侧的母线保护功能。为实现母线互联时的母线保护功能,在保护装置中特设了4个联跳出口和4个联跳起动接点。

(4)220kV出线(至河曲220kV变电站)保护。采用双重化配置,A套为国电南京自动化股份有限公司的GPSL603GCM-121光纤纵差保护柜,包括PSL603GCM电流差动保护装置和FCX-12HP分相操作箱,B套为南京南瑞继保工程技术有限公司的PRC31AM-01光纤电流纵差保护柜,包括:PRC31AM光纤电流纵差保护装置。

(5)本电站为机组和220kV设备各配1台故障录波器。为分析事故及保护装置在事故过程中的动作情况,以及迅速判定故障点的位置提供了依据。

(6)安稳装置:为了保证机组的安全,装设1套失步解列压频控制装置。包括:UFV-200F失步解列压频控制装置1台。

为加强电网实时动态安全监视,增加事故分析手段,提高电力系统仿真计算的精度,在电厂侧装设实时动态监测系统子站(功角测量)1套。型号为:PAC-2000D,用于系统线路信息量及发电机信息量的采集。

(7)为使电站保护信息纳入电力系统实时数据网络,配置保护及故障录波信息管理子站,子站与各保护装置及故障录波器通过各自的通信接口分别连接。保护及故障录波信息管理子站经10/100m接口与调度数据专用网相连。

(8)龙口水电站配置双套不同厂家的保护装置虽然造成了二次设计的难度,并增加了工作量,但是可以起到功能上的互补,增加了电站运行的安全性和可靠性。

5 直流系统

全厂设1套220 V直流电源。直流母线采用单母线分段接线,两段直流母线各带1组600 AH阀控式铅酸蓄电池,各配1套高频开关充电装置并公用1套充电装置,每套高频开关充电装置配有监控单元;两段直流母线各配1面主负荷盘并装有微机绝缘检测装置。另配有逆变电源装置1面,供事故照明用。另外在机组、继保室和GIS室分别设有交直流负荷盘,为各自负荷供电。对于双套保护装置的直流电源分别从两段直流母线引出,220kV断路器合闸线圈和第1跳闸线圈直流电源引自一段直流母线,第2跳闸线圈直流电源引自另一段直流母线。

6 电气二次设备布置

龙口水电站型式为河床式,左岸布置电站主、副厂房,右岸布置大坝的泄流建筑物。电气二次主要设备布置为:各机组的控制保护设备布置在主厂房的发电机层上下游侧、水轮机层和出线层,与各自机组对应;监控设备其它保护设备及直流设备布置在副厂房的中控室、继保室、计算机室、直流盘室及蓄电池室,汇控柜、开关站LCU布置在GIS室的二次房间。