浅谈水电站的电气自动化及其电气一次设计

姜立军

摘要：当前大部分水电站安装了自动化设备实现遥测遥控，并且为了保障水电站的安全运行，必须加强对水电站电气自动化与电气一次设计进行分析。本文简述了水电站电气自动化结构以及水电站电气自动化的硬件配置，对水电站电气一次设计进行了论述分析。

关键词：水电站；电气自动化；结构；硬件配置；电气一次设计

1水电站电气自动化结构的分析

水电站自动化系统大都采用二层或三层分布式系统结构，第一层为现地测量控制层，第二层为集中监控层，第三层为生产调度管理层。系统各单元间的测控计算机均通过TCP/IP高速以太网连接，其主控级与现地单元级以及现地单元级间采用星形以太网或环网连接，网络介质大都采用了网线和光缆相结合的模式。控制权分生产调度管理层、集中监控层、现地测量控制层三级，控制权可以进行设置和切换，优先顺序为“现地测量控制层—集中监控层一生产调度管理层”。

2水电站电气自动化的硬件配置

水电站电气自动化的硬件配置主要包括：（1）现地测量控制层一般都是由现地传感器或变送器、现地智能仪表、PLC控制系统等部分组成。现地传感器或变送器主要包括开度传感器、荷重传感器、水位变送器、压力变送器等；现地智能仪表主要包括开度测控仪、荷重测控仪、水位仪、电流表、电压表等；PLC控制系统主要由PLC系统与其输入输出接口及其电源按钮等部件组成。（2）集中监控层一般都是由主控计算机、数据服务器、打印机、UPS电源、网络设备等部分组成。系统主控应用软件安装在主控计算机中，可通过主控计算机对整个系统进行操作控制。（3）生产调度管理层一般由调度管理计算机、数据库服务器、打印机、UPS电源、网络设备等部分组成，可以进行远程调度管理和实现办公自动化。

3水电站电气一次设计的分析

3.1水电站的电气设备布置。（1）主变布置。电力设备布置主要分为两方面，即电缆布置的优化工作以及主变平台的布置工作。在对施工图进行设计时，需要结合实际情况，比如是否需要将高压设备同主变设备设置为相同的高程，从而能够更好的减少施工所需的工作量，并使工期得到良好的保证。（2）电缆的合理布置。通常在电缆实际布置过程中，如果没有根据情况设置部分特殊的控制，就可能使控制电缆会被动力电缆产生一定干扰。要想避免这种情况的发生，需要对电缆进行铺设时能够将控制电缆同动力电缆以分离的方式进行铺设，比如设置两个不同的竖井，其中一个用于动力电缆的铺设，而另一个用于控制电缆的铺设，也是一个非常好的方式。而除此之外，我们也可以将两者通过一定合理的设计来设置在不同的楼层之中，也能够起到相互独立的作用。（3）开关站的合理布置。比如对于一个处于河流中游地区的水电站而言，如果其根据发展需要进行一定的扩建，那么就可以装上轴流转浆式的发电机组从而能够以更为便利的方式对河流水进行适当的调节。如果发电站需要在开关站方面进行进线间隔的扩建，要想在扩建完毕之后不会对电站的接线方式进行改变，则依然需要单母线兼顾旁路的方式对其进行实现。同时，我们也应当能够使用双列布置的方式对进线间隔进行一个替代的作用。

3.2水电站的電气主接线设计。（1）电气主接线设计原则。电气主接线主要是保证供电的稳定性。在对主接线进行判断时，必须全面考虑发电厂的实际情况，而在主接线运行的过程中，如果实际情况需要进行调度，则也可以通过具有针对性的方式对其进行改变，从而更好的完成调度任务。（2）发电机出口断路器配置。电气接线设计需要对发电机断路器出口进行良好的配置，并尽可能避免让变压器的高压测线经常性的对单元回路进行运行。而如果实际情况允许，可以在发电机出口位置处去安装发电机断路器，从而便于发电机能够更好的运行。同时对于断路器所具有的一个优点就是如果实际情况需要对断路器的参数进行设置，那么无论是在并网的发电阶段还是启动阶段都可以在不需要对电源进行切断的情况下就能够保证发电机能够以一种自由的方式进行调节，从而以更为稳定的方式运行。（3）发电机中性点变压器设计。电气主接线设计的重要部分就是发电机变压器方面的设计，其不但能够有效的对由于接地电弧对电压值进行限制，同时其也能够在发电机出现单项故障时对相关的电流进行限制，从而能够更好的对设备发电机起到一个全面的保护，并不会造成过电压的情况出现。

3.3厂用电接线设计。如果将水电厂所使用的变压器同母线进行连接，需要全面考虑相关的设计方案，这是因为如果母线在实际使用的过程中出现故障，那么则需要考虑其中大部分设备能够继续的进行工作。通常水电站中所使用的变压器一般在10至110kV之间，而如果仅仅通过一级电压进行供电，则可能会由于所具有的容量过小而出现切换的情况。对此，就需要通过一定操作保护设备的安装来对高压一侧进行保护。同时对于厂用的母线而言，其也是需要以分段的方式进行处理的，而使用的目的就是要以这种方式的操作将厂用的负荷能够更好的在两端母线上进行分布，而这也需要我们能够保证其中的每一段母线都能够具有相对独立的电源，从而为实际运行所需要的电能提供保证。而在系统之中，备用电源也是非常重要，通过备用电源的安装，则够在系统独立电源出现故障时能够保证工作的不间断性。最后，在对厂用电开展接线工作时我们也需要考虑如何能够使供电线路的最短化，从而以此种方式最大程度的对工作所需的导线以及电缆等资源进行节约。

4结束语

综上所述，水电站自动化系统是水电站的辅助工程，也是水电站安全运行的重要系统。在水电站实际建设的过程中，为了保障水电站的安全运行，必须加强其电气一次设计工作。