浅谈关家河滩水电站电气设计

　　摘要：关家河滩水电站前期投资小、运行成本低、投资回收年限短、电站自动化和继电保护系统的水平与当前的国内技术发展水平相适应为原则，电气设计从电气主接线方式、电气主接线、自动控制、通信、电气设备布置等方面进行优化设计,达到既安全、又经济的目标。

        关键词：设计原则;优化设计;电气设计;自动化方案

　　1工程概况

　　关家河滩水电站位于青海省民和县与甘肃省兰州市红古区以河为界的湟水河干流上，为径流河床式开发，属大流量低水头电站，电站设计发电流量257m3/s，设计水头9.14m，装机容量20MW，多年平均发电量8664万kW.h，年利用小时数4332h，保证出力4.34MW，属小⑴型Ⅳ等工程。

　　2接入电力系统方式

　　关家河滩电站接入系统的电压等级初定为110kV，综合装机容量、水电站的季节性出力，以及本地区电网布局的衔接，设计认为以110kV电压等级接入系统基本合理，也兼顾了水电站送出的经济性。电站选用1回110kV线路送出至民和110kV变电所，110kV输电线路长约3.5km。

　　3电气主接线电力系统对该电站无特殊要求(如调相等)，电气设计应保证电站机组在事故或故障情况下，不会影响电力系统的稳定和正常运行。单机容量为10MW,总装机容量20MW，多年平均年发电量8664万kW.h，装机年利用小时数4332h，电站保证出力4.34MW。电站主接线的设计原则应是简单、清晰、经济、可靠。根据电站接入系统方式及关家河滩水电站总装机容量(2×10MW)进行电气主接线方案的选择。发电机侧电压：单机容量为10MW，发电机出口电压选用6.3kV电压等级。根据进、出线回路数110kV侧采用变压器-线路组接线方式。

　　4自动控制

　　4.1监控方式

　　为了满足电力系统优化调度的需要，充分发挥电站的经济效益，确保电站安全、可靠运行，本电站初步考虑采用以计算机为基础的监控系统，按无人值班(少人值守)的原则设计，实现全厂综合自动化。正常运行情况下，全厂设备的监视控制完全依靠计算机，监控系统发出操作指令，通过现地执行机构执行。

　　包括水轮发电机组的自动控制、自动调节、机组事故的自动处理、全厂断路器、隔离开关及机组灭磁开关等的自动操作;以及电站运行必需的反映设备运行状态的模拟量和开关量的信息反馈均由计算机监控系统进行处理。在机旁以现地控制单元LCU取代常规的机组自动屏，保证在监控系统一旦退出工作后，已运行的机组仍能维护运行，停机状态下的机组也能开机运行或进行调试工作。

　　4.2系统结构

　　采用分层分布式结构，设中央控制层和单元控制层。中央控制层配置2台工业级计算机和一套通讯管理机，管理电站经济运行、自动发电控制(AGC)，自动电压控制(AVC)、全厂数据及历史数据保存、运行报表打印、运行监视和事件报警、与外系统的通信、并作为操作员控制台，实现运行人员与计算机系统的人机接口，完成实时的监视与控制。每台机组设一套现地控制单元LCU，完成数据采集、预处理、控制开关量输出和有无功功率的调节。

　　110kV升压站及公用设备设一套现地控制单元LCU，承担数据采集和开关的自动操作任务。每套LCU可以接收上位机系统的控制和管理，也可以脱离上位机系统而独立地完成对现地设备的监视和控制。各现地单元LCU通过网络收发器(FOXCR)和网络互联器(HUB)用光纤电缆连接，构成总线型以太网监控系统局域网络。

　　4.3机组励磁

　　采用自并激可控硅励磁方式，其中调节部分采用微机励磁调节器。微机励磁调节器通用性、灵活性强;具有向上兼容性和通信能力;检修、调试、维护工作量少;由完全独立的两套自动控制通道组成，且互为备用;对电源故障、软、硬件故障具有自动检测和显示功能，并具有软件故障自恢复功能;逻辑判别回路简单明了，故障率低，操作中不易出现失误等。

　　无论从技术性能，日常的维护工作量，运行可靠性等方面比较，优势明显，既能满足电力系统不同运行工况的要求，也能适应机组的计算机调节控制。采用远方与现地控制并联运行操作方式。远方操作，操作员可在中控室通过计算机监控系统进行励磁系统起停、灭磁开关跳合，起励以及励磁电压升降调节等操作，励磁系统接收并执行远方发来的操作调节指令，并将结果反馈到计算机监控系统，现地操作，通过励磁盘面上的开关和按钮来实现上述操作。励磁系统接收操作指令后，在中控室操作终端LCD画面及现地励磁屏上显示励磁系统运行状态及相关量参数。

　　4.4自动化元件

　　机组自动化元件配置和选型满足无人值班(少人值守)对自动化和安全监控提出的要求，须满足由一个操作指令即可完成机组工况的自动转换。

　　5通信关家河滩电站为河床式水电站，设置2台机组，总装机容量为22.22MW。水电站通信采用电力线载波方式，设备分室内、室外布置，通信室内布置电力线载波机1台;室外设备布置高频阻波器，藕合电容器，结合滤波器，接地刀闸布置在110kV输电线路一回相线上悬挂设置，最后由高频电缆引入通信室内与电力线载波机相连。

　　根据本电站的实际情况，设置一台生产行政、调度合二为一的新型数字程控调度机，容量选为20门，型号为DN-S型机。调度机的用户线与中继线根据需要配置。电站行政电话通信用户分厂内、厂外两种。为保证通信畅通，通信电源必须稳定可靠。初选一套48V100Ah直流电源。设置交、直流配电屏，整流充电屏，蓄电池屏。交流配电采用双回路供电，电源取自厂用电的不同母线段。全站综合音频通信网全部采用电缆直接配线，网络的配线满足音频线路的传输标准和串音标准的要求。

　　6电气设备布置

　　6.1主厂房布置

　　主厂房1727.40m高程，每台机组下游侧布置有机组励磁屏、机组自动LCU屏、机组测温制动屏、机旁动力柜、机组油压PLC屏等。机旁屏呈“一”字形布置。

　　6.2副厂房布置

　　副厂房位于主厂房下游侧，高程为1727.40m。副厂房设两层，上层为水电站控制设备层;下层为电缆夹层。

　　6.3升压站布置

　　升压站布置于主厂房下游侧，地面高程为1727.40m。升压站布置1台升压变压器，升压站占地面积约为25.8m×17.75m。升压站采用户外中型布置，运行、维护及检修均较方便。进、出线共1个间隔，进出线构架高10m。站侧设有3.5m宽的运输通道。110kV出线为架空进出线，主变低压侧与高压开关柜之间的连接选用封闭母线。

　　7结论

　　电气设计在满足规范规程的前提下，根据业主方提供资料，关家河滩电站接入系统的电压等级初定为110kV，综合装机容量、水电站的季节性出力，以及本地区电网布局的衔接，设计认为以110kV电压等级接入系统基本合理，也兼顾了水电站送出的经济性。电站于投运以来,各种运行工况较好,故障率低,业主较为满意,设计达到预期效果。

　　参考文献

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