大唐东升水电站电气二次设计综述

周广钰

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

东升水电站位于黑龙江省东宁县东宁镇西绥芬河干流上约20 km处，是一座以发电为主兼顾防洪、灌溉、旅游、改善水环境等综合利用的中型水利水电枢纽工程。水库总库容5 824×104m3，电站装机5台(4×8 MW+1×1 MW)，总装机33 MW。电站采用单回66 kV/10 km输电线路接入220 kV东宁一次变。电站建成后作为东宁地区电网的主力电站运行，对解决本地区缺电问题以及改善电网供电质量，提高水电农村电气化标准，都将起到重要作用。

电站机—变组合采用2个扩大单元接线(2+3)，5台机组分别经2台双绕组变压器升压至66 kV，高压侧为单母线接线，66 kV出线一回，送至东宁一次变电所66 kV母线。该电站电气二次部分主要包括电站监控系统、继电保护、二次接线以及工业电视系统等内容。

1 自动控制

1.1 电站调度自动化

东升水电站为省调直调电站，由黑龙江省调和牡丹江地调双重调度指挥。通过电站计算机监控系统与牡丹江地调联网，其调度自动化信息分别直送黑龙江省调和牡丹江地调，实现电站远动功能。

1.2 电站监控系统

根据国内水电站监控设备发展现状以及国家相关政策要求，东升水电站采用全计算机监控系统，实现电站的控制、测量、信号及信息管理等功能。并按照“无人值班(少人值守)”的管理模式进行总体设计。系统由主控级(电站控制级)和现地控制级组成分布式系统，主控级和现地控制级采用交换式双以太网通信。局域网按IEEE802.3设计，通信规约采用TCP/IP，网络的传输速率≥100 Mbps，通信介质为多模光纤。

1.2.1 电站控制层

主控级由2套主机/操作员工作站、2套通信工作站、1套工程师/培训工作站、1套报表及语音报警工作站以及网络设备和电源设备等组成，是电站的实时监控中心，负责全站的自动化功能(开停机自动流程控制、AGC、AVC等)，历史数据处理(事故分析处理，各种运行报表、重要设备的运行档案、各种运行参数特征值等)及全站的人机对话(全站设备的运行监视、事故和故障报警，对运行设备的人工干预及监控系统各种参数的修改和设置等)。所配置的通信工作站用来完成与黑龙江省调、牡丹江地调的通信联络以及与厂内MIS系统、水情系统等其他系统的通信工作。

1.2.2 现地单元层

现地单元层共设置7套现地控制单元(发电机LCU 5套，升压站及公用LCU 1套，泄洪闸门LCU 1套)。发电机LCU主要完成数据采集处理、机组监控及保护、调速器和励磁装置的调节、同步操作等功能。

升压站及公用LCU主要完成升压站设备的数据采集处理、断路器操作及监视、同步操作、主变及线路保护等功能以及电站公用设备(如直流电源系统、空压机系统、技术供水泵、水力监测系统等)的监视及数据采集处理、备用电源自投操作等功能。

坝区LCU分别通过现场总线与各闸门启闭机电气控制装置通信，完成闸门的集中控制、闸门的成组顺序控制、闸门的开度及位置信号和故障信号的采集处理和现地显示;坝区LCU通过光纤通道接入电站计算机监控系统局域网，与电厂控制级进行通信，并按电厂控制级的命令完成对所有被控对象的监视和控制。

现地单元层各LCU的核心设备PLC选用了GE公司原装进口的PAC RX3i系列产品，并完全采用冗余化配置。

1.3 机组励磁系统

发电机励磁方式采用自并激静止可控硅整流励磁。励磁调节器采用微机型双通道双容错励磁调节器，强励顶值倍数为1.8倍。起励电源采用残压起励及以直流220 V作为备用的方式。可控硅功率柜采用三相全控桥接线。励磁调节器具备与电站计算机监控系统机组LCU的通信接口，以实现监控系统对发电机励磁的监控和调节功能。

2 继电保护

2.1 继电保护方案

东升水电站电力设备和出线按照《水利水电工程继电保护设计规范》(SL 455—2010)的要求配置了相应保护和系统安全自动装置，并全部采用微机型装置。

1)发电机配置的保护:纵联差动保护，复合电压起动的过电流保护(记忆)，失磁保护，定时限过负荷保护，过电压保护，定子单相接地保护，转子一点接地保护。

2)主变压器配置的保护:纵联差动保护，复合电压起动的过电流保护，轻、重瓦斯保护，零序电流保护，温度升高保护。

3)66 kV线路配置的保护:光纤纵差距离保护，电流速断保护，三段式相间距离保护，四段式过电流保护，三相一次重合闸。

4)厂用变配置的保护:电流速断保护，过电流保护，温度保护。

2.2 安全自动装置配置

东升水电站配置了低周低压振荡解列装置、备用电源自投装置以及检同期、检无压三相一次自动重合闸装置等，以满足电力系统安全运行的要求。

3 二次接线

3.1 二次接线系统设计方案

电站机组调速器油压装置、低压空压机、机组检修排水泵、厂房渗漏排水泵等，原则上就地控制，自成体系，与电站监控系统仅有信息交换，不纳入监控系统集中监控。

3.2 电流电压互感器的配置

电流、电压互感器的配置按满足电站保护、监测、测量的原则配置。

测量与电站计算机监控系统统一考虑设置。根据《电测量及电能计量装置设计技术规程》(DL/T 5137—2001)有关规定，除现地保留少量必要的常测仪表作为现场调试和备用监视表计外，需要集中监测和远传的电气量，均通过各现地LCU的智能交流采样装置进行采集、处理，并送主控级记录、显示和打印。

3.3 同期系统

同期装置与电站计算机监控系统统一考虑设置。发电机出口断路器、主变高压侧断路器和线路出口断路器均设为同期点。发电机出口断路器采用(单对象)自动准同期方式，另设手动准同期方式作为备用。主变高压侧断路器和线路出口断路器采用(多对象)自动准同期方式。

3.4 信号系统

东升电站不设常规中央音响信号系统，电站事故及故障信号均由计算机监控系统语音报警装置和操作员工作站显示器进行报警和显示。现地控制保护设备配置信号灯或显示装置以提供现地信号，现地设备信号以继电器无源接点或计算机通信方式上送计算机监控系统。

3.5 控制电源

全厂二次控制系统电源分为交流和直流两种。

电站设置220 V交流逆变电源屏一面，逆变电源由电站220 V直流系统和厂用380 V交流系统双电源供电。作为计算机监控(上位)系统以及励磁、调速、保护等的交流工作电源。电站监控系统现地单元为交、直流双电源供电，电压均为220 V。

电站另设一套300Ah/220 V高频开关直流电源，作为控制、保护、事故照明、灭磁开关和断路器操作的工作电源。蓄电池按照浮充电方式运行，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，以RS485接口与公用LCU相接，上送直流系统有关参数。

4 工业电视系统

为满足电站集中监控的需要，作为全厂综合自动化系统的重要配套设施之一，东升水电站设置了一套由前端设备、控制设备和传输设备及线缆等部分组成的工业电视监控系统。该系统可对全厂各重要生产部位进行直观的实时画面监控，亦可和厂内火灾监控系统联网，当发生突发事故时直接调出事故现场画面。其监视范围主要包括主副厂房、升压站、进厂通道以及大坝和溢洪道等处，确保设备安全可靠运行，为实现“无人值班，少人值守”提供可靠保证和必要准备。

根据东升水电站工程建筑物布置特点，电视监控系统采用分层式网络结构，整个系统分为控制级和现地级。系统按监控点设备布置位置划分为电站和大坝两个分区。其中电站分区包含15个监视站点，大坝分区包含13个监视站点。

布置在电站和大坝两个分区内的各个摄像机的视频和控制信号利用电缆各自分别传输至电站计算机室和泄水闸集控室的现地级设备(嵌入式数字硬盘录像机)，通过各自分区内的数字硬盘录像机实现图象视频的矩阵切换、录像、画面分割处理、编码和压缩等，各分区图象视频通过100 M以太网路由接口传输至电站中控室控制级设备(视频工作站)，实现图像监控和管理。

控制级与现地级的数字传输，采用高速以太网，通过交换式以太网交换机相连接，网络传输速率为100 Mbps，采用TCP/IP协议。控制级与电站现地级传输介质为双绞线;控制级与大坝现地级传输介质为光纤。

5 结束语

东升水电站从水库库容和电站装机规模看，属中小型工程。但是该电站建成后，将并入东宁地区电网运行，可以大大缓解东宁电网电力供应紧张局面，增加系统调峰电量，改善供电质量，为东宁县实现水电农村电气化县的电力发展目标提供保障，同时可以加快绥芬河流域水能资源开发的速度。因此该工程对于当地电力系统安全运行、地区工业生产及经济发展都具有重要意义。根据该工程的功能特性和特殊地位，东升水电站在设计时，采用了当前国内最先进的技术和设计理念，选用了目前市场主流的、先进且成熟的计算机监控、微机继电保护以及工业电视等设备，使该电站完全具备实现“无人值班(少人值守)”的条件，大大提高了电站的综合自动化水平，使电站运行更加安全可靠、经济高效，在地区电力市场中的竞争力大为提高。

东升水电站目前正在施工，预计2013年底竣工投产，我们期待着该电站能够全面实现设计要求，尽快发挥效益。

［1］水利部水电局.水电政［2005］40号.农村水电自动化设备(监控保护)应用指导意见［R］.北京:水利部水电局，2005.

［2］中国水电顾问集团北京勘测设计研究院.水电水利规划设计总院.DL/T 5065—2009水力发电厂计算机监控系统设计规范［S］.北京:中国电力出版社，2009.

［3］电力工业部.水利部北京勘测设计研究院.DL/T 5081—1997水力发电厂自动化设计技术规定［S］.北京:中国电力出版社，1997.