廖坊水利樞紐貫流式機組的設計

0發(fā)電機培養(yǎng)方案廖忠水庫是集防洪、灌溉、發(fā)電、供水、交通運輸?shù)热蝿站C合利用的綜合利用水庫。由擋水壩、溢流壩、河床式發(fā)電廠房、室外升壓站及戶外GIS開關站等建筑物組成。機組為貫流式機組,裝機3×16.5MW,6.3kV發(fā)電機母線,采用兩機一變和1套發(fā)變組接線形式,兩回110kV出線,一回備用。首臺機組已于2006年3月成功并網(wǎng)發(fā)電。本文將從電站監(jiān)控系統(tǒng)、同期方式、電氣測量和微機繼電保護系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、泄流閘監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)以及電氣二次設備布置等方面對電氣二次設計進行較為全面的闡述,并提出一些個人意見。1控制單元的設計及實現(xiàn)計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結構,即分為計算機監(jiān)控系統(tǒng)主控級和現(xiàn)地單元控制級,計算機網(wǎng)絡采用光纖雙工業(yè)以太網(wǎng)。主控級主要由以下設備組成:2臺SUNBLADE2500主機/操作員工作站、1臺SUNBLADE2500工程師工作站、1臺調(diào)度通信工作站、1臺廠內(nèi)通信工作站、1臺彩色激光打印機、1臺黑白寬行打印機、2套網(wǎng)絡系統(tǒng)、1套GPS時鐘、1套模擬屏等?，F(xiàn)地單元控制級包括:機組LCU3套、開關站LCU1套、公用LCU1套,各現(xiàn)地調(diào)速器油壓裝置控制單元、軸承潤滑油泵控制單元(控制機組軸承油泵、高頂油泵、滲漏油泵、軸承油箱加熱器)、滲漏排水泵控制單元(控制2臺滲漏水泵)、高低壓空壓機控制單元(控制高低壓機各2臺)等。機組LCU、開關站LCU由GE9070PLC作為主控設備,冗余CPU,支持CPU熱備份,帶2個以太網(wǎng)接口。機組測量采用監(jiān)控廠家生產(chǎn)的綜合采集裝置,可以測量電氣量、溫度量、模擬量,具有事件順序記錄功能;調(diào)速器油壓裝置現(xiàn)地PLC、軸承油泵現(xiàn)地PLC帶串行通信接口,通過串口轉以太網(wǎng)模塊將串行通信轉換成以太網(wǎng)通信。公用LCU由GE9070PLC作為主控設備,冗余CPU,帶2個以太網(wǎng)接口,通過每臺LCU的通信服務器將綜合采集裝置、浮排控制PLC、直流系統(tǒng)的串行通信轉換成以太網(wǎng)通信;高低壓機現(xiàn)地PLC、滲漏排水泵現(xiàn)地PLC帶串行通信接口,通過串口轉以太網(wǎng)模塊將串行通信轉換成以太網(wǎng)通信。全站雙光纖以太網(wǎng)通信所配置的交換機采用2臺赫斯曼交換機,通過D—LINKDFE—855快速以太網(wǎng)介質轉換器把銅纜雙絞線介質信號轉換為光纖介質信號,實現(xiàn)光纖通信。全站保護設備通過以太網(wǎng)關接口將保護設備串行通信轉換為以太網(wǎng)通信,以太網(wǎng)通信設備為1臺16口3COM以太網(wǎng)交換機,配置1臺保護通信管理機。全站保護設備采集的信號量及電度表采集的電氣量最后都上送至保護通信管理機,保護通信管理機再通過串行通信將有關的信號量傳給廠內(nèi)通信管理機。模擬屏與廠內(nèi)通信管理機通過串行口通信。GPS裝置采用煙臺遠大的HY—J5222A—16型號的GPS衛(wèi)星同步時鐘,通過串行口實現(xiàn)與上位機的軟對時,通過分同步時鐘信號實現(xiàn)與現(xiàn)地控制單元的硬對時,保證各控制單元時鐘的準確性和一致性。2發(fā)電機出口交流保護電站各處同期點為發(fā)電機出口斷路器、主變壓器高壓側斷路器和110kV線路斷路器。發(fā)電機出口斷路器配置單對象微機自動準同期裝置和手動準同期裝置各1套,安放在機組LCU內(nèi);主變和線路配置多對象微機自動準同期裝置及手動準同期裝置各1套,安放在開關站LCU內(nèi),實現(xiàn)多對象自動和手動準同期。3電氣測量和微型計算機繼電保護系統(tǒng)1多功能電力儀表系統(tǒng)每臺機組LCU和開關站LCU各配置1臺綜合采集裝置,可以測量三相電流、電壓、有功功率、無功功率等電氣量;在每臺機組的機旁儀表屏上布置有1塊多功能電力儀表,可以測量有功功率、電流和功率因數(shù)。在繼保室布置有1塊電度表計屏,用來實現(xiàn)全站的電能計量,包括7臺機組、110kV線路、廠變、近變、壩區(qū)、渠首、生活區(qū)等用電計量。2發(fā)電機接地保護廖坊水電站微機繼電保護系統(tǒng)采用集中組屏的方式,設1臺保護系統(tǒng)管理機。各主設備保護配置如下:①發(fā)電機保護。比率制動式縱聯(lián)差動、復合電壓起動過流(帶記憶功能)、過電壓、低勵失磁、勵磁變過電流、勵磁變過負荷、轉子一點接地、發(fā)電機基波定子接地、發(fā)電機三次諧波定子接地、過負荷、逆功率。②主變保護?？v聯(lián)差動、復合電壓起動過流、零序電流(I、II段)、零序過電壓、過負荷、TV斷線、主變本體(重瓦斯、輕瓦斯保護、壓力釋放、油溫高、油位低)等保護。③110kV線路保護。三段式距離保護、四段式零序電流方向保護和三相一次重合閘功能、PT斷線監(jiān)視。④廠變保護。電流速斷、過電流、過負荷、低壓側零序電流等保護。⑤10kV線路保護。電流速斷、過電流、零序電流、三相一次重合閘等保護。⑥近區(qū)變保護。電流速斷、過電流、過負荷、零序過壓等。4橋、勵磁調(diào)節(jié)器、滅磁回路、起勵回路勵磁方式采用自并激,三相全控橋靜止晶閘管整流勵磁。勵磁系統(tǒng)由勵磁變壓器、晶閘管功率整流橋、勵磁調(diào)節(jié)器、滅磁回路、操作、檢測、保護、信號、起勵回路等組成。勵磁調(diào)節(jié)器由3個通道組成,即2個數(shù)字式自動通道和1個模擬式手動通道。機組正常停機采用逆變滅磁,事故停機跳滅磁開關,滅磁開關采用ABB直流斷路器。采用高性能氧化鋅非線性電阻保護方式作為轉子過電壓保護。5現(xiàn)地控制柜及設備采用分層分布式設計,閘門現(xiàn)地控制柜隨液壓啟閉機廠家訂貨,2臺液壓啟閉機由1套閘門現(xiàn)地控制柜控制,共5套現(xiàn)地控制柜?，F(xiàn)地控制采用S7200PLC控制,帶有液晶觸摸屏,具有現(xiàn)地和遠方控制運行切換功能,主控層與現(xiàn)地LCU采用profibus總線光纖通信。泄流閘門計算機監(jiān)控系統(tǒng)主控制級設備:2臺互為熱備用的系統(tǒng)主機、1臺逆變電源、1臺彩色打印機、1套GPS衛(wèi)星時鐘系統(tǒng)、網(wǎng)絡接口設備等。6多媒體監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)構成工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)包括電站多媒體監(jiān)控系統(tǒng)和泄流閘門多媒體監(jiān)控系統(tǒng)。電站多媒體監(jiān)控系統(tǒng)主控級包括3套數(shù)字硬盤錄像設備,另外配置1臺廠長終端。泄流閘門多媒體監(jiān)控系統(tǒng)主控級包括1套數(shù)字硬盤錄像設備。硬盤錄像機可同時接收16路視頻信號,并在19英寸液晶顯示器上同時顯示;通過RS485通信對現(xiàn)地攝像機的云臺進行控制。電站多媒體監(jiān)控系統(tǒng)前端設備包括40臺攝像機,用于監(jiān)視電站廠房內(nèi)各設備、上下游、開關站等處。泄流閘門多媒體監(jiān)控系統(tǒng)前端設備包括10臺攝像機,用于監(jiān)視10扇閘門。攝像機選用。在電站廠房內(nèi),由于有光源,故選用低照度彩色攝像機,在戶外,由于沒有配置攝像機用光源,故采用超低照度彩色攝像機。7自動火災警報系統(tǒng)7.1主主、副產(chǎn)物主、主變圖5火災自動報警系統(tǒng)共分12個探測區(qū)域:1)1號發(fā)電機燈泡體內(nèi);2)2號發(fā)電機燈泡體內(nèi);3)3號發(fā)電機燈泡體內(nèi);4)中控樓;5)主廠房機坑層;6)電纜層;7)電纜廊道、母線廊道;8)運行層副廠房;9)運行層主廠房;10)低壓柜層、安裝場、裝卸場、高位油箱廊道層;11)主變1B、2B和GIS室;12)閘門啟閉機房。發(fā)電機燈泡體內(nèi)火災自動報警系統(tǒng)由機組廠家提供。7.2自動流量報警系統(tǒng)的組成1火災報警數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)探測器由點式離子感煙探測器和熱敏傳感線組成,探測器連接至火災報警控制臺,可聲光報警并輸出火災報警、火災事故開關量2個接點,用于計算機監(jiān)控報警和事故停機用。2火災監(jiān)控系統(tǒng)接入設1臺火災報警控制器(聯(lián)動型),2臺氣體滅火控制盤(配智能電源箱),安放在火災報警控制柜內(nèi);設置微機系統(tǒng)后臺,采用二總線制連接各種探測器、報警按鈕、控制模塊、氣體滅火控制盤。設置聲光報警器,進行火災警報。7.3氣體滅火控制系統(tǒng)大壩監(jiān)測室、水情自動測報中心、中控室、主機房、繼保室、載波通信室、母線廊道、電纜廊道分別配備七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)。當發(fā)生火災時,火災自動報警控制器發(fā)出控制命令,啟動自動滅火系統(tǒng)設備,并相應關閉有關消防設備。在火災報警控制器發(fā)生異常時,通過現(xiàn)場緊急啟動/停動按鈕或氣體滅火控制盤上的直接啟動和停動按鈕實現(xiàn)對氣體滅火設備的控制操作。在火災報警后,消防報警控制器自動關閉主廠房送風機。防火閥在溫度熔斷器熔斷時自動關閉,也可通過消防報警控制器進行遠程開、關防火閥。消防報警控制器通過編程關閉相應排風機。另外,防火閥在現(xiàn)場可手動開、關。火災結束后,重新開啟排風機進行排煙。各位置的排風機與送風機也可在中控室通過硬接線方式,直接手動啟動、關閉,也可在現(xiàn)地消防控制柜上進行手動啟動、關閉?；馂陌l(fā)生時,在總線制聯(lián)控方式下,消火栓報警按鈕起動,通過總線將其要求的啟動信號送至火災報警控制器,再從此處輸出使消防水泵啟動的開關量觸點。通過中控室的合、跳閘按鈕直接啟動、關閉任1臺消防水泵。在現(xiàn)地消防控制柜上通過切換開關也可直接啟動、關閉任1臺消防水泵。8直流電源系統(tǒng)直流電源系統(tǒng)包括1套220V微機監(jiān)控高頻開關直流電源系統(tǒng)、1套24V微機型高頻開關直流電源系統(tǒng)。1高頻電源電路系統(tǒng)選用1組300Ah閥控式免維護鉛酸蓄電池,德國陽光品牌,采用4塊20A高頻開關電源模塊供電。系統(tǒng)包括充電屏、饋線屏、電池屏、機旁直流分屏和中控室直流分屏。2高頻電源模塊系統(tǒng)選用1組100Ah閥控式免維護鉛酸蓄電池,采用2塊20A高頻開關電源模塊供電。系統(tǒng)包括充電饋線屏、電池屏,從中控室24V充電饋線屏將24V電源引至220V機旁直流分屏,供自動化元件等所需的24V電源。9條光纖通信通道通信系統(tǒng)包括系統(tǒng)通信和廠內(nèi)生產(chǎn)調(diào)度通信。系統(tǒng)通信采用1條光纖通信通道和1條電力載波通信通道。廠內(nèi)生產(chǎn)調(diào)度通信配備1臺數(shù)字程控調(diào)度機,作為行政調(diào)度、生產(chǎn)調(diào)度、生活區(qū)通信,并用65Ah/48V免維護蓄電池為其供電。10變送器回路電路設計廖坊電氣二次系統(tǒng)在設計調(diào)試中出現(xiàn)很多需修改的地方,原因是多方面的,以下根據(jù)自身所見及分析,提出問題及改進意見,希望對類似問題有參考價值。1)機組現(xiàn)地LCU采用GE9070作為主控設備,綜合采集裝置(能測量各種電氣量、SOE量、各種非電氣模擬量、溫度量)不能和GE9070直接通訊,據(jù)監(jiān)控廠家技術人員說,這主要是由于GE9070的通訊不好處理,很多常規(guī)通訊協(xié)議不支持或較難解決,造成綜合采集裝置不能直接和GE9070通訊。建議以后要重視主控PLC和現(xiàn)地智能裝置及現(xiàn)地輔機PLC通訊問題,可以選擇通訊功能強的主控PLC或可智能編程的綜合采集裝置,這樣就能夠較順利地完成電站的計算機監(jiān)控工程。2)備自投未采用專用備自投裝置,通過在開關站公用PLC中加載編寫好的備自投流程軟件實現(xiàn),流程通過電壓繼電器的開關量作為有壓無壓判據(jù),實現(xiàn)備自投。由于本電站備自投涉及三路電源,即分別掛在2段6kV母線上的廠用變和一路外來備用電源,這三路電源切換流程較復雜,編寫困難,易出錯。建議盡量采用專用備自投裝置,減少流程編制以及配線錯誤所帶來的風險。3)全廠變送器24V電源由24V直流電源屏專門提供,很多變送器采用二線制,電纜同時傳送變送器4～20MA模擬量信號和供電電源,因此要求整個變送器回路接線都為屏蔽線,確保信號傳輸?shù)臏蚀_?，F(xiàn)設計的從直流屏接出的電纜為一般電源線,不能可靠保證模擬量測量的準確性,應改為屏蔽線(見圖1)。4)廠用電備自投動作時,廠用電電源切換瞬間,廠用電會短暫消失,機組運行過程中需要一直運行的循環(huán)冷卻水水泵因斷電而停止運行,冷卻水長時間低于正常流量,會造成事故停機,故必須保證短暫失電后電動機能自動重新起動運行(見圖2)。如圖2所示:接觸器1Q因電壓消失釋放,電動機失電停止運行,廠用電恢復,1Q也不能自動投入,而運行人員只好到現(xiàn)地重新手動開,解決辦法:①將用于自保持的輔助接點1Q改為延時斷開接點,當廠用電短暫消失瞬間,1Q斷電,但自保持接點仍維持閉合狀態(tài),一旦恢復廠用電,1Q通過自保持接點帶電,主回路接通,電機自動運行,帶來的問題是當需要通過PLC自動停機時,PLC停機開關量“KA2”必須保持足夠長的斷開狀態(tài),直到1Q自保持接點斷開為止。②加入1個電源監(jiān)視中間繼電器ZJ,當電源中斷時,繼電器的常閉延時斷開輔助接點瞬間閉合,當廠用電恢復時,此接點延時斷開,1Q經(jīng)過ZJ輔助接點帶電接通主回路并自保持,當延時過后,ZJ接點斷開,退出控制回路,需要通過PLC自動停機時,PLC停機開關量“KA2”無須保持足夠長的斷開狀態(tài)。克服了第一個解決辦法中PLC停機問題。5)機組事故停機流程中很多停機判據(jù)通過自動化元件的開關量動作實現(xiàn),比如潤滑油流量、冷卻水流量、機組轉速。流量、轉速在機組運行的有些時候會超出整定范圍,但持續(xù)時間不影響機組正常運行,因此此時雖然檢測到自動化元件開關量動作,但不應該啟動事故停機流程。比如機組轉速速度超過155%Ne但持續(xù)時間小于5s,此時不應事故停機,主軸密封水斷水持續(xù)時間小于10s,機組仍可繼續(xù)運行;可通過在事故停機流程中對事故判據(jù)設置足夠長的判斷時間,一旦在此時間范圍內(nèi),流量、轉速等實際檢測值恢復正常,自動化元件開關量不動作,也就不會啟動事故停機流程。6)機組保護屏放在中控室內(nèi),機組保護屏與機組監(jiān)控LCU、現(xiàn)地PT、CT接線較多,與中控室內(nèi)的設備聯(lián)系少,主要是直流電源和保護通信管理