宋集屯水电站增效扩容改造设计方案

叶江南

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)



宋集屯水电站增效扩容改造设计方案

叶江南

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

摘要：文章阐述了宋集屯水电站电气主接线设计，电气一次设备选型，防雷接地方案以及电气二次设备更新改造，以提高电站的自动化运行管理水平，增设计算机监控系统上位系统，实现电站的控制、测量、信号、信息管理等。控制模式采用全计算机监控模式，监控系统采用分层分布式开放系统，分为现地单元层和电站控制层。

关键词：继电保护；电站监控系统；水电站一次设备；水电站二次设备；改造

1工程概况

宋集屯水电站为坝后式电站，水电站设计流量为7.6 m3/s，总装机容量640 kW(2×320 kW)，设计年发电量135 万 kW·h。电站于2004年进行过一次自动化改造，更新了部分电气设备，初步实现了机组的自动化控制。本着节能降耗和完善电站自动化系统的设计原则，更新了宋集屯电站的控制保护屏、直流屏，增设了计算机监控系统上位系统，同时对发电机控制屏进行维修改造(更换断路器等)。

2现状分析及改造必要性评价

2.1电气现状

1)接入系统：宋集屯水电站安装2台水轮发电机组，总装机容量为2×300kW，设计年发电量255 万 kW·h。电站以一回10 kV输电线路经110 kV西岗子变电所接入国网，线路全长2 km。

2)电气主接线：2台发电机并接于0.4 kV单母线上，经一台S9—800/10双绕组变压器升压至10 kV，10 kV出线1回，经真空断路器送出。每台发电机出口均装设一台断路器。电站厂用电源取自低压机组出口0.4 kV母线，在发电机出口、出线等相应位置装有电流、电压互感器，供保护、计量使用。在10 kV母线及出线上装有氧化锌避雷器，以防雷电侵入波损害电气设备。

3)电气设备布置：主变压器布置在副厂房控制室外侧，低压母排直接与控制柜母排连接，主变压器高压侧用10 kV电缆与高压开关柜相连，高压柜出线为电缆，引至终端杆，架空出线。在副厂房165.28高程上游侧布置有高压室，室内布置XGN2-10型高压开关柜2面。下游侧布置有控制室，室内布置机组励磁屏2面，发电机控制屏2面、发电机保护屏2面、变压器保护屏1面、低压配电屏1面以及直流屏(65Ah)1面。

4)防雷接地：电站工作接地与防雷接地共用同一接地装置，厂房内设置有环状接地干线。电站利用屋面彩钢板作接闪器，利用厂房主筋为接地引下线，同接地极、接地线及自然接地体共同构成电站的防雷接地系统。

5)操作系统 ：该电站在发电机控制系统中应用了PLC操作装置，初步实现了单台机组的自动化控制，但上位机系统及网络连接并未建立，机组的开、停机操作仍需现地控制。

6)继电保护：出线及发电机保护均采用常规继电器来实现，主要设备保护配置有：①发电机保护：复合电压闭锁过流保护、过电压保护；②出线保护：过流保护、低周解列保护。

7)同期、信号：发电机出口断路器设置为同期点，同期系统采用手动准同期方式，配置有组合同期表及同期继电器，具备同期闭锁。

8)直流系统：电站设置有直流屏1面，容量65Ah，为操作系统提供220V直流电源，多年运行表明直流屏容量偏小。

2.2电气存在主要问题

电气存在的主要问题有：①发电机出口断路器触头烧灼严重，同时由于合闸次数较多，操作机构间隙变大，三相同期误差超过允许范围，故障率高；②同期系统是常规逻辑继电器控制，利用组合同步表实现手动准同期并网，启动并列时间长，浪费水能资源，降低了电站的整体自动化水平；③继电保护设备是由常规继电器实现，与机组的自动化程度不匹配；④未组建上位机系统及网络连接，机组的开、停机操作仍需现地控制；⑤直流装置当前容量为65Ah，容量偏小。

3电气设备改造

3.1送出工程改造

宋集屯水电站送出工程较为完好，本次设计沿用原线路，不进行改造。

3.2主接线设计

改造后宋集屯电站主接线仅对发电机出口断路器型号进行更新。

3.3电气一次设备

以现有电网资料以及设备参数为基础，对电站主要电气设备进行复核，并对其中能耗大、国家明令淘汰产品以及有安全隐患的设备进行更新，同时对部分元器件进行维修。 更新改造内容为发电机控制屏内断路器。发电机控制屏型号为PK-10/2F-800，主要更新断路器，对内部其他元件进行维修处理。经复核计算，发电机出口断路器拟更新为DW45框架式断路器：①参考型号：DW45-2000800A；②型式： DW45框架式断路器；③安装方式：固定式；④操作方式：电动操作；⑤极数：3极；⑥脱扣器种类：智能型脱扣器；⑦额定绝缘电压:：800V；⑧额定冲击耐压：8 kV；⑨额定极限短路分断能力：70kA；⑩额定运行短路分断能力：70kA。

3.4防雷接地

宋集屯电站的接地系统为联合接地，原接闪器、接地引下线、接地干线等防雷接地设施完好，但需对其接地电阻进行实测，如不满足≤1Ω要求，应补打接地极。

3.5电气二次

3.5.1改造内容

电气二次部分主要改造内容有：①继电保护盘柜更新，选用具备通信功能的微机保护装置；②同期系统更新：选用自动准同期装置，手动准同期为备用；③完善电站计算机监控系统(增设上位系统)；④直流装置增容至100Ah。

3.5.2继电保护

更新发电机继电保护屏2面、主变继电保护屏1面。所有继电保护装置均采用全微机型成套保护装置。具体保护配置有：①发电机：复合电压启动过电流保护、过电压保护、过负荷保护、发电机失磁保护；②主变压器：复合电压启动过电流保护、过负荷保护、瓦斯保护等。

3.5.3同期系统

在发电机保护屏内分别设置1套微机自动准同期装置，并配置同期检查继电器，以手动准同期作为备用，完成机组的同期并网。自动准同期装置接入机组的开机流程。

3.5.4电站监控系统

为提高电站的自动化运行管理水平，本次设计电站拟增设计算机监控系统上位系统，实现电站的控制、测量、信号、信息管理等。控制模式采用全计算机监控模式。监控系统采用分层分布式开放系统，分为现地单元层和电站控制层[1]。

1)现地单元层：现地单元层为机组LCU、公用LCU等设备，通过以太网与上位系统监控主机、厂长终端等电站控制层设备链接，实现监控功能。电站共设置2套发电机机组LCU，均为现有设备，配置于发电机控制屏内。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。在电站变压器保护屏内增设1套公用LCU及1台485智能通信装置，主要完成电站公用设备(直流电源系统、空压机系统、技术供水泵、水力监测系统等)和10 kV设备(10 kV保护装置)的监视及数据采集处理等功能。

2)电站控制层：电站控制层包括2台监控主机兼操作员工作站、1台厂长终端、以及打印机、UPS电源、GPS时钟、以太网交换机和相应的配套软件等。电站控制层主要功能要求如下：①采集处理各LCU上送的现场信号；②根据系统调度的日负荷曲线，完成自动发电控制(AGC)和自动电压控制(AVC)；③制作电站运行日记及各种报表、曲线、棒图等；④事件顺序记录及事故追忆记录。

3.5.5直流系统

宋集屯电站设置220V智能高频开关电源系统1套，容量100Ah。本直流系统应采用微机现地监控装置，具备RS485网络通信功能，并配以外围检测元件。

参考文献：

[1]张保会，尹项根 电力系统继电保护(第2版)[M].北京：中国电力出版社 2010：31.

[作者简介]叶江南(1981-)，男，福建寿宁人，工程师。

[收稿日期]2015-06-28

中图分类号：TV736

文献标识码：B

文章编号：1007-7596(2015)10-0059-02