水电站电气二次设备的设计安装

水电站电气二次设备的设计安装

朱旻路

广东省水利电力勘测设计研究院广东省广州市510635

摘要：水电站二次设备的设计和安装是否准确科学，将直接影响到水电站的安全高效运行。本文结合中小型水电站的实际运行情况，对电气二次设备的设计安装相关内容进行了简单介绍，并从中总结出了其设计思路。

关键词：水电站；电气二次设备；设计安装

1引言

水电站的电气设备大体分为一次设备和二次设备，一次设备是电力生产过程中的核心设备，它的功能是直接产生、传输和分配电力。电气的二次设备的功能是对一次系统的测量、信号、保护进行自动和远程监控。二次设备的安装主要包含电缆的铺设与连接、二次设备功能的调控、二次盘柜基础和设备的安置等。主要程序看起来不算繁琐，但在实际操作中就会发现许多问题，任意一个部分出现故障都会对设备的运行状态产生不利的影响，从而难以确保水电站设备的安全可靠和运行。在这种情况下，加大力度对中小型水电站的电气二次设计进行分析和研究，在提高中小型水电站运行效率方面具有重要的意义。

2工程概况

本文主要以某市型号为“引水径流式”的水电站水轮发电机组为主要分析目标，来对电气二次设备的设计安装进行细致的分析和讨论。该型号水轮发电机组的种类均为立轴混流式水轮发电机组，发电机组总容量是20MW，单独容量依次是8MW、8MW、4MW，平均每年发电时间为4200h，发电效率较高。水电厂主要是通过“线路组-变压器”的方式对110kV高电压侧接线，并连接主电网系统完成的，水电站自身不输送电力到旁边地区。该水电厂所用的电源是由经过本厂的发电机母线提供的6．3kV高电压，然后用变压器降压至0．4kV来使用的。根据水电厂的用电负荷为400kVA，这样的电源可以保证水电站的电量要求。在此基础上使用单母线连接为主要连接方式，并安装一定量的备用电源自动投入装置，从而确保中小型水电站的电气设备二次设计安装的准确性。

3电气二次设备设计安装的主要内容

3.1计算机监测系统的设计安装

在中小型水电站电气二次设备的设计安装中，对水电站中的相关装置进行全天候，无人工并安全高效的监测，并可以对监测反映出的实际问题进行及时，准确的反馈和调整，这对于中小型水电站的安全高效生产是十分必要的，因此电气二次设备的设计安装需要引入计算机监测系统。从图1显示的计算机监测系统的作用和监测方式来看，其主要是对水电站中一次设备运行过程中所释放出的大量数据信息进行集中的收集和分析，并根据预先输入的程序结合实际计算结果来判断水电站设备运行情况，及时排查异常情况，并进行自我诊断和自我调整，将安全隐患提早解决，从而确保水电站设备的安全运行。

本水电站整体的结构为开放式系统标准的分层分布结构，这种分布结构可以大量使用计算机监测系统，高效高质量的完成生产任务，在一定程度上避免了大量的值班人员，节约了很多工人成本也提高了安全性。计算机监测系统的实现主要依赖与控制单元级对各种设备进行监控和控制，控制的单元级还可以分成现地控制和水电站控制两种，这两层控制单元通过以太网进行互联。其中，现地控制的监管目标是发电机组以及公共装置等，而水电站控制所控制的是厂内全部的电气装置。值得注意的是计算机监测系统还能够与调度系统、水情监控等系统建立互联，达到全体设备信息的共通共享。图1为水电站电气二次设备的设计图。

图1水电站电气二次设备的设计图

3.2电源装置的设计安装

3.2.1直流电源的设计安装

直流电源的设计安装对于水电站的正常运行也是十分重要的。本设计中将220V的直流电源设计成水电站的直流系统，并为站内的电气设备的运作、监控、保护、照明等装置进行直流供电。为保证直流电源的多样性和合理性，还设计了铅酸蓄电池和配套的充电装置，其中蓄电池组的总容量可以达到200AH，并采用了“N+1”冗余模式对充电设备实施开关控制。严格要求蓄电池和充电装置具有阀控、安全、免修等特点。最终将蓄电池组与充电装置安装在直流电源的母线上，并做好电池监测和漏电检查工作。

3.2.1交流电源的设计安装

直流电源是作为水电厂的备用电源和辅助电源，在交流电源正常供应时，应及时启用交流电源，以保证设备的高效运转。该水电站使用的是一组10kVA的UPS交流电源装置，该交流电装置中不需要额外添加蓄电池，十分便捷。当水电站正常生产时，由此交流电源装置提供220V的厂用供电并使用无触点旁路开关，如果USP的逆变结构出现问题，旁路开关能够自动将交流电源切换到备用电源（上述提到的220V直流电源），并进行逆变，以保证水电站的供电安全。交流电源和直流电源的相互配合能够是水电站的设备高效，无间断的连续运转，实现高效发电。

3.3继电保护的设计安装

为保证水电站的安全稳定运转，在中小型水电站电气二次设备的设计安装过程中，需要加入继电保护设计为水电站中的变压器、水轮发电机组等主要器材提供可靠的继电保护，延长主要设备的使用时间。从水电站电气二次设备的实际情况来看，其继电保护系统能够对水电站中的变压器、水轮发电机组等主要元器件的实际受干扰情况进行准确的监测和分析，并加以及时，稳定的保护，而且继电保护系统内部还能够提供很好的自我监测功能，实现自我保护和调整。实际的操作过程是将继电保护装置接口与计算机监测系统进行有效连接，实现了继电保护装置与计算机控制系统之间的稳定互联，从而保证了水电站的安全运行。

3.4励磁系统的设计安装

励磁系统的调节能力对提高水电站电力系统的稳定性具有十分重要的意义，尤其是现代电气系统的进步导致机组稳定性的下降，也促进励磁装置的持续发展。图2为本水电站的励磁系统的设计图，图中显示为每台发电机组、变压器和110kV高压电配置一块交流电量综合监测仪。在励磁系统中，该检测仪能够检查监测对象的任意时刻的电气量，从而判断需不需要为发电机的励磁电压、励磁电流等安装电量变送器。而且发电机的实际负荷可以决定发电机的功率、母线电压、交流电压等需不需要安装电量变送器。同时在计算机监测系统中配置相应的电量监测仪，也可以实现对励磁系统的全面监控。

图2水电站的励磁系统的设计图

4电气设备的设计安装

本文中对该水电站的实际运行情况进行全面的分析并结合系统科学的

电气二次设备的设计安装，从而保证了中小型水电站的高效安全运行，进而为国家和社会输送更多、更经济、更稳定的电力资源。这些目标的实现需要对电气设备的安装进行合理的规划。主厂房的几个立式水轮机组是水电站的主要设备，应该对每一台机组的附近安装合理的保护装置。为水电站的高效生产提供坚实的保障，还应该保证小厂房与主厂房之间的协调配合功能，所以在副厂房的设计规划中，主要安装了6．3kV高电压的开关装置，配套安装开关柜和电压互感器柜，并将计算机监控系统及时互联到远程控制室，以确保测控屏柜的稳定性。最终通过远程控制系统来对电气设备进行监控和调整。

5结束语

电气二次设备担负对一次设备的监测控制、信号保护和反馈调节等重要功能，其合理、科学的设计安装对水电站供电、产电的稳定、高效以及效益都十分关键。文中涉及的计算机监测系统、电源装置、继电保护装置和励磁装置等，都为中小型水电站的电气二次设备的设计安装提供了必要的参考。

参考文献：

[1]张羽进.中小型水电站电气设计的探讨［J］.河南水利与南水北调，2012（12）：23-24.

[2]何静，余祥琪．初探中小型水电站的电气二次设计［J］．科技与创新，2014（14）：54-56．

[3]区天庆．关于加强中小型水电站管理的若干意见［J］．科技创业家，2013（10）：163．

[4]黄燕虹.浅谈水电站电气二次设备的安装与调试［J］.科技展望，2015，（06）：80.