廖坊水利枢纽贯流式机组的设计

廖坊水利枢纽贯流式机组的设计

0发电机培养方案廖忠水库是集防洪、灌溉、发电、供水、交通运输等任务综合利用的综合利用水库。由挡水坝、溢流坝、河床式发电厂房、室外升压站及户外GIS开关站等建筑物组成。机组为贯流式机组,装机3×16.5MW,6.3kV发电机母线,采用两机一变和1套发变组接线形式,两回110kV出线,一回备用。首台机组已于2006年3月成功并网发电。本文将从电站监控系统、同期方式、电气测量和微机继电保护系统、励磁系统、泄流闸监控系统、工业电视系统、火灾自动报警系统、直流电源系统、通讯系统以及电气二次设备布置等方面对电气二次设计进行较为全面的阐述,并提出一些个人意见。1控制单元的设计及实现计算机监控系统采用分层分布式结构,即分为计算机监控系统主控级和现地单元控制级,计算机网络采用光纤双工业以太网。主控级主要由以下设备组成:2台SUNBLADE2500主机/操作员工作站、1台SUNBLADE2500工程师工作站、1台调度通信工作站、1台厂内通信工作站、1台彩色激光打印机、1台黑白宽行打印机、2套网络系统、1套GPS时钟、1套模拟屏等。现地单元控制级包括:机组LCU3套、开关站LCU1套、公用LCU1套,各现地调速器油压装置控制单元、轴承润滑油泵控制单元(控制机组轴承油泵、高顶油泵、渗漏油泵、轴承油箱加热器)、渗漏排水泵控制单元(控制2台渗漏水泵)、高低压空压机控制单元(控制高低压机各2台)等。机组LCU、开关站LCU由GE9070PLC作为主控设备,冗余CPU,支持CPU热备份,带2个以太网接口。机组测量采用监控厂家生产的综合采集装置,可以测量电气量、温度量、模拟量,具有事件顺序记录功能;调速器油压装置现地PLC、轴承油泵现地PLC带串行通信接口,通过串口转以太网模块将串行通信转换成以太网通信。公用LCU由GE9070PLC作为主控设备,冗余CPU,带2个以太网接口,通过每台LCU的通信服务器将综合采集装置、浮排控制PLC、直流系统的串行通信转换成以太网通信;高低压机现地PLC、渗漏排水泵现地PLC带串行通信接口,通过串口转以太网模块将串行通信转换成以太网通信。全站双光纤以太网通信所配置的交换机采用2台赫斯曼交换机,通过D—LINKDFE—855快速以太网介质转换器把铜缆双绞线介质信号转换为光纤介质信号,实现光纤通信。全站保护设备通过以太网关接口将保护设备串行通信转换为以太网通信,以太网通信设备为1台16口3COM以太网交换机,配置1台保护通信管理机。全站保护设备采集的信号量及电度表采集的电气量最后都上送至保护通信管理机,保护通信管理机再通过串行通信将有关的信号量传给厂内通信管理机。模拟屏与厂内通信管理机通过串行口通信。GPS装置采用烟台远大的HY—J5222A—16型号的GPS卫星同步时钟,通过串行口实现与上位机的软对时,通过分同步时钟信号实现与现地控制单元的硬对时,保证各控制单元时钟的准确性和一致性。2发电机出口交流保护电站各处同期点为发电机出口断路器、主变压器高压侧断路器和110kV线路断路器。发电机出口断路器配置单对象微机自动准同期装置和手动准同期装置各1套,安放在机组LCU内;主变和线路配置多对象微机自动准同期装置及手动准同期装置各1套,安放在开关站LCU内,实现多对象自动和手动准同期。3电气测量和微型计算机继电保护系统1多功能电力仪表系统每台机组LCU和开关站LCU各配置1台综合采集装置,可以测量三相电流、电压、有功功率、无功功率等电气量;在每台机组的机旁仪表屏上布置有1块多功能电力仪表,可以测量有功功率、电流和功率因数。在继保室布置有1块电度表计屏,用来实现全站的电能计量,包括7台机组、110kV线路、厂变、近变、坝区、渠首、生活区等用电计量。2发电机接地保护廖坊水电站微机继电保护系统采用集中组屏的方式,设1台保护系统管理机。各主设备保护配置如下:①发电机保护。比率制动式纵联差动、复合电压起动过流(带记忆功能)、过电压、低励失磁、励磁变过电流、励磁变过负荷、转子一点接地、发电机基波定子接地、发电机三次谐波定子接地、过负荷、逆功率。②主变保护。纵联差动、复合电压起动过流、零序电流(I、II段)、零序过电压、过负荷、TV断线、主变本体(重瓦斯、轻瓦斯保护、压力释放、油温高、油位低)等保护。③110kV线路保护。三段式距离保护、四段式零序电流方向保护和三相一次重合闸功能、PT断线监视。④厂变保护。电流速断、过电流、过负荷、低压侧零序电流等保护。⑤10kV线路保护。电流速断、过电流、零序电流、三相一次重合闸等保护。⑥近区变保护。电流速断、过电流、过负荷、零序过压等。4桥、励磁调节器、灭磁回路、起励回路励磁方式采用自并激,三相全控桥静止晶闸管整流励磁。励磁系统由励磁变压器、晶闸管功率整流桥、励磁调节器、灭磁回路、操作、检测、保护、信号、起励回路等组成。励磁调节器由3个通道组成,即2个数字式自动通道和1个模拟式手动通道。机组正常停机采用逆变灭磁,事故停机跳灭磁开关,灭磁开关采用ABB直流断路器。采用高性能氧化锌非线性电阻保护方式作为转子过电压保护。5现地控制柜及设备采用分层分布式设计,闸门现地控制柜随液压启闭机厂家订货,2台液压启闭机由1套闸门现地控制柜控制,共5套现地控制柜。现地控制采用S7200PLC控制,带有液晶触摸屏,具有现地和远方控制运行切换功能,主控层与现地LCU采用profibus总线光纤通信。泄流闸门计算机监控系统主控制级设备:2台互为热备用的系统主机、1台逆变电源、1台彩色打印机、1套GPS卫星时钟系统、网络接口设备等。6多媒体监控系统系统构成工业电视监控系统包括电站多媒体监控系统和泄流闸门多媒体监控系统。电站多媒体监控系统主控级包括3套数字硬盘录像设备,另外配置1台厂长终端。泄流闸门多媒体监控系统主控级包括1套数字硬盘录像设备。硬盘录像机可同时接收16路视频信号,并在19英寸液晶显示器上同时显示;通过RS485通信对现地摄像机的云台进行控制。电站多媒体监控系统前端设备包括40台摄像机,用于监视电站厂房内各设备、上下游、开关站等处。泄流闸门多媒体监控系统前端设备包括10台摄像机,用于监视10扇闸门。摄像机选用。在电站厂房内,由于有光源,故选用低照度彩色摄像机,在户外,由于没有配置摄像机用光源,故采用超低照度彩色摄像机。7自动火灾警报系统7.1主主、副产物主、主变图5火灾自动报警系统共分12个探测区域:1)1号发电机灯泡体内;2)2号发电机灯泡体内;3)3号发电机灯泡体内;4)中控楼;5)主厂房机坑层;6)电缆层;7)电缆廊道、母线廊道;8)运行层副厂房;9)运行层主厂房;10)低压柜层、安装场、装卸场、高位油箱廊道层;11)主变1B、2B和GIS室;12)闸门启闭机房。发电机灯泡体内火灾自动报警系统由机组厂家提供。7.2自动流量报警系统的组成1火灾报警数字监控系统探测器由点式离子感烟探测器和热敏传感线组成,探测器连接至火灾报警控制台,可声光报警并输出火灾报警、火灾事故开关量2个接点,用于计算机监控报警和事故停机用。2火灾监控系统接入设1台火灾报警控制器(联动型),2台气体灭火控制盘(配智能电源箱),安放在火灾报警控制柜内;设置微机系统后台,采用二总线制连接各种探测器、报警按钮、控制模块、气体灭火控制盘。设置声光报警器,进行火灾警报。7.3气体灭火控制系统大坝监测室、水情自动测报中心、中控室、主机房、继保室、载波通信室、母线廊道、电缆廊道分别配备七氟丙烷气体灭火系统。当发生火灾时,火灾自动报警控制器发出控制命令,启动自动灭火系统设备,并相应关闭有关消防设备。在火灾报警控制器发生异常时,通过现场紧急启动/停动按钮或气体灭火控制盘上的直接启动和停动按钮实现对气体灭火设备的控制操作。在火灾报警后,消防报警控制器自动关闭主厂房送风机。防火阀在温度熔断器熔断时自动关闭,也可通过消防报警控制器进行远程开、关防火阀。消防报警控制器通过编程关闭相应排风机。另外,防火阀在现场可手动开、关。火灾结束后,重新开启排风机进行排烟。各位置的排风机与送风机也可在中控室通过硬接线方式,直接手动启动、关闭,也可在现地消防控制柜上进行手动启动、关闭。火灾发生时,在总线制联控方式下,消火栓报警按钮起动,通过总线将其要求的启动信号送至火灾报警控制器,再从此处输出使消防水泵启动的开关量触点。通过中控室的合、跳闸按钮直接启动、关闭任1台消防水泵。在现地消防控制柜上通过切换开关也可直接启动、关闭任1台消防水泵。8直流电源系统直流电源系统包括1套220V微机监控高频开关直流电源系统、1套24V微机型高频开关直流电源系统。1高频电源电路系统选用1组300Ah阀控式免维护铅酸蓄电池,德国阳光品牌,采用4块20A高频开关电源模块供电。系统包括充电屏、馈线屏、电池屏、机旁直流分屏和中控室直流分屏。2高频电源模块系统选用1组100Ah阀控式免维护铅酸蓄电池,采用2块20A高频开关电源模块供电。系统包括充电馈线屏、电池屏,从中控室24V充电馈线屏将24V电源引至220V机旁直流分屏,供自动化元件等所需的24V电源。9条光纤通信通道通信系统包括系统通信和厂内生产调度通信。系统通信采用1条光纤通信通道和1条电力载波通信通道。厂内生产调度通信配备1台数字程控调度机,作为行政调度、生产调度、生活区通信,并用65Ah/48V免维护蓄电池为其供电。10变送器回路电路设计廖坊电气二次系统在设计调试中出现很多需修改的地方,原因是多方面的,以下根据自身所见及分析,提出问题及改进意见,希望对类似问题有参考价值。1)机组现地LCU采用GE9070作为主控设备,综合采集装置(能测量各种电气量、SOE量、各种非电气模拟量、温度量)不能和GE9070直接通讯,据监控厂家技术人员说,这主要是由于GE9070的通讯不好处理,很多常规通讯协议不支持或较难解决,造成综合采集装置不能直接和GE9070通讯。建议以后要重视主控PLC和现地智能装置及现地辅机PLC通讯问题,可以选择通讯功能强的主控PLC或可智能编程的综合采集装置,这样就能够较顺利地完成电站的计算机监控工程。2)备自投未采用专用备自投装置,通过在开关站公用PLC中加载编写好的备自投流程软件实现,流程通过电压继电器的开关量作为有压无压判据,实现备自投。由于本电站备自投涉及三路电源,即分别挂在2段6kV母线上的厂用变和一路外来备用电源,这三路电源切换流程较复杂,编写困难,易出错。建议尽量采用专用备自投装置,减少流程编制以及配线错误所带来的风险。3)全厂变送器24V电源由24V直流电源屏专门提供,很多变送器采用二线制,电缆同时传送变送器4～20MA模拟量信号和供电电源,因此要求整个变送器回路接线都为屏蔽线,确保信号传输的准确。现设计的从直流屏接出的电缆为一般电源线,不能可靠保证模拟量测量的准确性,应改为屏蔽线(见图1)。4)厂用电备自投动作时,厂用电电源切换瞬间,厂用电会短暂消失,机组运行过程中需要一直运行的循环冷却水水泵因断电而停止运行,冷却水长时间低于正常流量,会造成事故停机,故必须保证短暂失电后电动机能自动重新起动运行(见图2)。如图2所示:接触器1Q因电压消失释放,电动机失电停止运行,厂用电恢复,1Q也不能自动投入,而运行人员只好到现地重新手动开,解决办法:①将用于自保持的辅助接点1Q改为延时断开接点,当厂用电短暂消失瞬间,1Q断电,但自保持接点仍维持闭合状态,一旦恢复厂用电,1Q通过自保持接点带电,主回路接通,电机自动运行,带来的问题是当需要通过PLC自动停机时,PLC停机开关量“KA2”必须保持足够长的断开状态,直到1Q自保持接点断开为止。②加入1个电源监视中间继电器ZJ,当电源中断时,继电器的常闭延时断开辅助接点瞬间闭合,当厂用电恢复时,此接点延时断开,1Q经过ZJ辅助接点带电接通主回路并自保持,当延时过后,ZJ接点断开,退出控制回路,需要通过PLC自动停机时,PLC停机开关量“KA2”无须保持足够长的断开状态。克服了第一个解决办法中PLC停机问题。5)机组事故停机流程中很多停机判据通过自动化元件的开关量动作实现,比如润滑油流量、冷却水流量、机组转速。流量、转速在机组运行的有些时候会超出整定范围,但持续时间不影响机组正常运行,因此此时虽然检测到自动化元件开关量动作,但不应该启动事故停机流程。比如机组转速速度超过155%Ne但持续时间小于5s,此时不应事故停机,主轴密封水断水持续时间小于10s,机组仍可继续运行;可通过在事故停机流程中对事故判据设置足够长的判断时间,一旦在此时间范围内,流量、转速等实际检测值恢复正常,自动化元件开关量不动作,也就不会启动事故停机流程。6)机组保护屏放在中控室内,机组保护屏与机组监控LCU、现地PT、CT接线较多,与中控室内的设备联系少,主要是直流电源和保护通信管理