新疆齐热哈塔尔水电站电气二次及通信系统设计

胡楠 郑宏宇

齐热哈塔尔水电站安装3台单机70 MW水轮发电机组，发变组采用单元接线，发电机出口均设GCB，主变高压侧经220 kV线路分别引接至英吉沙变电站和下板地水电站。电站按无人值班（少人值守）运行原则设计，采用全计算机监控系统，系统为全分布、全开放式结构，硬件和软件设计为模块化、结构化，可满足不同运行期间功能调整和扩充的需要。

电站电量测量除现地保留少量必要的常规测量仪表外，其他需要集中监测和远传的电气量，将采用综合电量测量装置或变送器转换为标准信号，送入计算机监控系统进行显示及记录。

根据电站主接线及运行要求，选择各发电机出口断路器、220 kV各断路器为同期点。同期方式采用自动准同期作为正常同期方式，带非同步闭锁的手动准同期方式作为备用同期方式。

按照接入系统设计要求，电站采用光纤通信和电力线载波通信方式经英吉沙220 kV变电站接入新疆省调和地调。

电站对外通信由电站架设1条光缆至塔什库尔干县城电信局，实现电站对外通信。电站交换机以数字中继方式接入巩留县电信局。

1 计算机监控系统

齐热哈塔尔水电站计算机监控系统在结构上可分为主控级和单元控制级两级。

1.1 主控级

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，以及进行全厂的人机对话等。主控级主要硬件设备包括：主计算机2套、操作员工作站2套、工程师/培训工作站1套；系统调度服务器2套、厂内通信服务器1套、语音报警服务器1套、五防工作站1套、纵向认证加密装置（硬件隔离）1套；双星光纤工业以太网网络连接设备1套（思科公司）；GPS时钟系统1套；彩色打印机1台、黑白打印机1台；上位机不间断电源2套。

1.2 单元控制级

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：电站机组现地控制单元3套；开关站现地控制单元1套；公用设备现地控制单元1套；闸门设备现地控制单元1套。

现地控制单元为GE IC695RMX128冗余控制单元，由双CPU构成，CPU为GE IC695CRU320；并配有液晶触摸屏，LCU为DCS产品。

1.3 计算机网络及通信接口

计算机监控系统采用双星光纤工业以太网，100 MB/s速率。主控级设备与现地LCU设备组成双星网，每一个现地控制单元接至各自网络交换机，主控级设备均接自中控室的WS-C3560V2-24TS-S（24电口2光口）网络交换机。

1.4 计算机监控系统的主要软件

计算机监控系统的主要应用软件包括：编程软件、数据采集及处理软件、厂内通信服务器软件、调度通信服务器软件及应用软件等。

1.5 计算机监控系统的功能

（1）数据采集与处理。

（2）运行监视、控制调节与操作功能。

（3）记录、报告与统计制表功能。

（4）语音报警功能。

（5）可编程运行参数计算功能。

（6）自动发电控制（AGC）和自动电压控制（AVC）。

（7）系统自诊断功能。

（8）软件开发功能。

（9）全图形编辑功能。

（10）通信功能。

（11）ON-CALL功能。

（12）电站操作员培训。

2 控制、测量及信号系统

全厂公用油、气、水系统采用以可编程控制器PLC为基础的控制装置，通过有关自动化元件实现自动控制，各系统的有关状态量通过PLC输出后，由公用LCU送入计算机监控系统，其它报警信息由PLC通过RS485上送公用LCU；全厂通风系统设有排、送风机共45台，设计采用集中与分散相结合的控制方式。

2.1 机组技术供水控制系统

齐热哈塔尔水电站技术供水系统主要供发电机空气冷却器及各部轴承冷却器等用水。机组技术供水采用尾水取水水泵加压供水为主用水源，顶盖自流供水为备用水源。每台机组设2台立式离心水泵，2台水泵互为备用，自动轮换。每台机组设2台全自动滤水器，互为备用，可在线自动排污。

每台机组技术供水控制系统配置1面控制盘和1面启动盘。屏内装有PLC控制主机、触摸屏、控制继电器、控制电源自动变换装置、有关辅助器件、电源进线断路器、电机软起动器、接触器设备等，以实现对机组技术供水设备及水泵的“启/停”控制和保护。

2.2 检修排水控制系统

检修排水控制系统设3台排水泵，其中2台为“工作”泵，1台为“备用”泵。当电站需要检修（初始排水）时，手动启动2台排水泵，当排水完成，水位下降到一定位置后转为自动运行方式，2台工作、1台备用，以维持厂内检修集水井水位在设计范围内。

检修排水控制系统配置2块屏柜。控制屏应能完成这2台水泵的自动和手动控制及电机保护。

2.3 渗漏排水控制系统

渗漏排水控制系统设2台排水泵，其中1台为“工作”泵，另1台为“备用”泵。设控制屏2台具有这2台水泵的自动和手动控制及电机保护功能。

2.4 低压空压机控制系统

低压空压机控制系统设备设1块屏，为PLC控制启动屏，屏内装有PLC控制主机、操作显示面板、控制继电器、控制电源自动变换装置、有关辅助器件以及电机软起动器、接触器和空气断路器等启动设备，以实现对空压机的启/停控制。控制屏应提供贮气罐压力变送器所需的工作电源。

2.5 中压空压机控制系统

中压空压机控制系统设备设1块屏，为PLC控制启动屏，屏内装有PLC控制主机、操作显示面板、控制继电器、控制电源自动变换装置、有关辅助器件以及电机软起动器、接触器和空气断路器等启动设备，以实现对空压机的启/停控制。控制屏应提供贮气罐压力变送器所需的工作电源。

2.6 通风控制系统

电站通风系统设有1面集中控制盘和15个现地控制箱，现地控制箱和集中控制柜之间通过工业总线相联。

控制箱上设置远程I/O装置、交流接触器、继电器、电动机保护装置、远方/现地控制切换开关、风机启、停按钮及风机状态指示灯等附件，完成风机启停控制、风（烟）阀启停控制、通风风（烟）阀与风机联动启停控制，显示风机运行状态、风机故障报警、风机运行时间累计、风（烟）阀启停状态、电机电流电压等信息并上送通风系统集中控制盘。

通风系统集中控制盘设置控制主机完成风机启停控制、风（烟）阀启停控制、通风风（烟）阀与风机联动启停控制。风机运行状态、风机故障报警、风机运行时间累计、风（烟）阀启停状态、电机电流电压的监视显示。通风集中控制柜同时应具有与监控系统和火灾自动报警系统连接的数据接口，实现通风系统信息上送计算机监控系统以及风机与火灾报警系统联动。

通风系统集中控制盘、控制箱均采用交流及直流220 V双路供电，所有阀的直流24 V电源均由控制箱供电。

3 发电机、变压器范围内附属设备

发电机范围内所有附属设备在机组发电时，必须全部安装调试完毕，具备投运条件。

3.1 励磁系统

1套励磁系统设备由5面盘柜组成，布置在发电机层下游侧每台机机旁。

3.2 调整器系统

1面电调柜布置在发电机层上游侧每台机机旁；1面机械柜布置在调速器回油箱上，1套调整器油压装置控制设备，布置在操作层上游侧。

3.3 机旁控制系统

机组附属设备还包括机组测温及机械制动盘、机组水力量测盘、机组消防盘、机组在线监测盘、水轮机端子箱、发电机端子箱及其他有关设备等。

3.4 主变压器附属设备

1套主变压器附属设备包括1个主变端子箱、1个主变消防柜、1个主变消防控制柜及中性点端子箱，均布置在主变附近。

4 继电保护系统

4.1 发电机保护

发电机保护采用长园深瑞继保自动化有限公司生产的PRS-785A3型微机成套保护装置。PRS-785A3型微机保护装置采用标准32位总线主机构成，双电源双CPU硬件结构，冗余设计原则。保护功能在相互独立的2个CPU中，因此，当个别CPU故障时，不会造成保护功能的消失。

发电机保护按规程配置，包括：发电机差动、发电机低压过流、失磁、过负荷、定子接地、轴电流保护、定子过电压保护、逆功率、转子一点接地保护，励磁变的速断及过流在相应的发电机保护中，通过通讯接口RS485可实现与机组LCU的通信。

4.2 变压器保护

主变压器采用长园深瑞继保自动化有限公司生产的PRS-778T2-G型微机成套保护装置。配有差动及后备保护PRS-778T2-G、本体保护PRS-761A，并带有主变高压侧操作箱。变压器保护按规程配置，包括：主变差动、主变间隙、主变零序、主变高压侧后备保护、主变低压侧后备保护、过负荷、瓦斯、油温度及绕组温度、压力释放及母线低压侧接地保护等。

4.3 母线保护

本电站220 kV采用单母线分段接线方式。220 kV母线采用长园深瑞继保自动化有限公司生产的BP-2CA-G型微机母线保护装置。BP-2CA-G型微机母线保护装置具有失灵保护，以及母联断路器的操作箱等。

4.4 母联保护

本电站220 kV采用单母线分段接线方式。220 kV母线采用长园深瑞继保自动化有限公司生产的PRS-723A-G型微机母联保护装置。PRS-723A-G型微机母联保护装置具有母联充电保护，以及母联断路器的操作箱等。

4.5 输电线路保护

二回220 kV出线（英吉沙变电站和下坂地电站）保护，采用许继公司的WXH-803A/P/B1/R1型微机光纤纵差保护和WXH-802A高频距离零序保护，收发信机型号为SF-961A，由许继公司配套供货，包括线路纵差保护、完整后备保护及重合闸装置等。

4.6 故障录波器

配置故障录波器盘1面，采用保定浪拜迪电气股份有限公司的LBD-8000微机型故障录波器。

4.7 厂变保护

电站10 kV厂用电系统设有13.8/10 kV厂用变3台，35/10 kV厂用变1台，35/0.4 kV进水口变压器1台，均配有数字式厂用变保护装置，布置相应10 kV开关柜内，由国电南京自动化股份有限公司供货。电站10 kV保护动作信号通过RS485接入公用LCU，送入监控系统。

5 直流系统

电站配有两组600 AH蓄电池组，布置在副厂房第1层蓄电池室内。并配有蓄电池巡检装置。直流电源系统共有10面盘柜，其中高频开关电源盘3面，主负荷盘2面，布置在副厂房1层的直流盘室内。在继电保护盘室布置1面负荷盘，在GIS室布置1面负荷盘，电站每台机旁布置1面负荷盘，电站1#机组段发电机层下游侧布置1面负荷盘。直流母线采用单母线分段接线。两段直流母线各带1组蓄电池，各配1台高频电源充电装置，第3台高频电源充电装置处于备用状态；在每一面负荷盘上装有微机绝缘检测装置。另配有逆变电源装置1面，供事故照明使用，布置在副厂房第1层的直流盘室内。

6 通信系统

6.1 站内行政交换机

在电站内部采用容量为160门数字程控用户交换机1台，用于电站的生产、生活及行政管理通信。交换机系统设备由浙江大华科技公司提供。布置在副厂房网络及交换机通信室。

6.2 站内调度交换机

站内设1部96门数字程控调度机完成全厂生产调度和电力系统调度的任务。设备主机、电源等关键部件采用冗于配置，提高可靠性。调度交换机系统设备由浙江大华科技公司提供。布置在副厂房网络及交换机通信室。

6.3 系统通信

电站接入系统通信的主要任务是满足电站与新疆省调和疆南地调的系统调度电话、水利调度电话、调度自动化等信息传输通道的要求。

电站采用以光纤通信为主用，以电力线载波作为备用的通信方式，满足系统通信的需要。

齐热哈塔尔水电站采用OPGW光缆与电力系统相连，光缆采用与220 kV电力线路同杆架设的敷设方式。光端设备选用（SDH）OSN3500数字同步传输设备。

光传输设备由华为公司提供，PCM设备由高科公司提供。布置在副厂房传输通信室。

在齐热哈塔尔水电站—英吉沙变、齐热哈塔尔水电站—下坂地水电站2条220 kV线路上分别配置1条电力载波通信通道及高频保护通道。

载波设备由业通达公司提供。布置在副厂房传输通信室。

6.4 梯级电站及首部枢纽之间的通信

本电站与上一级电站下坂地电站运行调度关系密切，因此，本电站需与下板地电站建立可靠的梯级通信网络。同时，作为引水式电站，电站主体需与首部枢纽之间进行通信。

6.5 对外联络通信

考虑今后的生产管理需要及生活福利需要，电站内交换机拟以DID方式接入公网。

6.6 视频监视系统

视频监控系统设有1个主控站和3个分控站，共有74个各类摄像头。采用全数字化、高清、网络化的视频监控系统，满足电站无人值班，少人值守的管理需要。

视频监控成套设备由湖南江河机电公司成套提供，其主要设备包括视频服务器、摄像头、显示器等。

6.7 通信电源

为保证通信畅通，通信交流电源采用经双回路取自厂用电的不同母线段的交流电源。直流供电的通信设备配置2套直流供电系统，每套选用由150 A通信高频开关电源（包括直流配电单元和交流配电单元）和2组375 AH免维护蓄电池组成的电源系统浮充供电。

开关电源和蓄电池容量同时考虑了电站内部通信、系统通信以及梯级电站通信的供电需要。在电站内设置1套15 kVA UPS电源，主要为计费系统、调度台、维护操作系统及站内工业电视系统供电。

电源设备由艾默生提供，布置在副厂房通信电源室。

7结语

新疆齐热哈塔尔水电站电气二次及通信系统设计，设计理念先进，达到整个工程的功能要求，系统接入新疆电网满足电网的各项指标要求，顺利通过工程验收。