淺談水電站的電氣自動化及其電氣一次設計

姜立軍

摘要：當前大部分水電站安裝了自動化設備實現(xiàn)遙測遙控，并且為了保障水電站的安全運行，必須加強對水電站電氣自動化與電氣一次設計進行分析。本文簡述了水電站電氣自動化結(jié)構(gòu)以及水電站電氣自動化的硬件配置，對水電站電氣一次設計進行了論述分析。

關鍵詞：水電站；電氣自動化；結(jié)構(gòu)；硬件配置；電氣一次設計

1水電站電氣自動化結(jié)構(gòu)的分析

水電站自動化系統(tǒng)大都采用二層或三層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，第一層為現(xiàn)地測量控制層，第二層為集中監(jiān)控層，第三層為生產(chǎn)調(diào)度管理層。系統(tǒng)各單元間的測控計算機均通過TCP/IP高速以太網(wǎng)連接，其主控級與現(xiàn)地單元級以及現(xiàn)地單元級間采用星形以太網(wǎng)或環(huán)網(wǎng)連接，網(wǎng)絡介質(zhì)大都采用了網(wǎng)線和光纜相結(jié)合的模式。控制權(quán)分生產(chǎn)調(diào)度管理層、集中監(jiān)控層、現(xiàn)地測量控制層三級，控制權(quán)可以進行設置和切換，優(yōu)先順序為“現(xiàn)地測量控制層—集中監(jiān)控層一生產(chǎn)調(diào)度管理層”。

2水電站電氣自動化的硬件配置

水電站電氣自動化的硬件配置主要包括：（1）現(xiàn)地測量控制層一般都是由現(xiàn)地傳感器或變送器、現(xiàn)地智能儀表、PLC控制系統(tǒng)等部分組成。現(xiàn)地傳感器或變送器主要包括開度傳感器、荷重傳感器、水位變送器、壓力變送器等；現(xiàn)地智能儀表主要包括開度測控儀、荷重測控儀、水位儀、電流表、電壓表等；PLC控制系統(tǒng)主要由PLC系統(tǒng)與其輸入輸出接口及其電源按鈕等部件組成。（2）集中監(jiān)控層一般都是由主控計算機、數(shù)據(jù)服務器、打印機、UPS電源、網(wǎng)絡設備等部分組成。系統(tǒng)主控應用軟件安裝在主控計算機中，可通過主控計算機對整個系統(tǒng)進行操作控制。（3）生產(chǎn)調(diào)度管理層一般由調(diào)度管理計算機、數(shù)據(jù)庫服務器、打印機、UPS電源、網(wǎng)絡設備等部分組成，可以進行遠程調(diào)度管理和實現(xiàn)辦公自動化。

3水電站電氣一次設計的分析

3.1水電站的電氣設備布置。（1）主變布置。電力設備布置主要分為兩方面，即電纜布置的優(yōu)化工作以及主變平臺的布置工作。在對施工圖進行設計時，需要結(jié)合實際情況，比如是否需要將高壓設備同主變設備設置為相同的高程，從而能夠更好的減少施工所需的工作量，并使工期得到良好的保證。（2）電纜的合理布置。通常在電纜實際布置過程中，如果沒有根據(jù)情況設置部分特殊的控制，就可能使控制電纜會被動力電纜產(chǎn)生一定干擾。要想避免這種情況的發(fā)生，需要對電纜進行鋪設時能夠?qū)⒖刂齐娎|同動力電纜以分離的方式進行鋪設，比如設置兩個不同的豎井，其中一個用于動力電纜的鋪設，而另一個用于控制電纜的鋪設，也是一個非常好的方式。而除此之外，我們也可以將兩者通過一定合理的設計來設置在不同的樓層之中，也能夠起到相互獨立的作用。（3）開關站的合理布置。比如對于一個處于河流中游地區(qū)的水電站而言，如果其根據(jù)發(fā)展需要進行一定的擴建，那么就可以裝上軸流轉(zhuǎn)漿式的發(fā)電機組從而能夠以更為便利的方式對河流水進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)。如果發(fā)電站需要在開關站方面進行進線間隔的擴建，要想在擴建完畢之后不會對電站的接線方式進行改變，則依然需要單母線兼顧旁路的方式對其進行實現(xiàn)。同時，我們也應當能夠使用雙列布置的方式對進線間隔進行一個替代的作用。

3.2水電站的電氣主接線設計。（1）電氣主接線設計原則。電氣主接線主要是保證供電的穩(wěn)定性。在對主接線進行判斷時，必須全面考慮發(fā)電廠的實際情況，而在主接線運行的過程中，如果實際情況需要進行調(diào)度，則也可以通過具有針對性的方式對其進行改變，從而更好的完成調(diào)度任務。（2）發(fā)電機出口斷路器配置。電氣接線設計需要對發(fā)電機斷路器出口進行良好的配置，并盡可能避免讓變壓器的高壓測線經(jīng)常性的對單元回路進行運行。而如果實際情況允許，可以在發(fā)電機出口位置處去安裝發(fā)電機斷路器，從而便于發(fā)電機能夠更好的運行。同時對于斷路器所具有的一個優(yōu)點就是如果實際情況需要對斷路器的參數(shù)進行設置，那么無論是在并網(wǎng)的發(fā)電階段還是啟動階段都可以在不需要對電源進行切斷的情況下就能夠保證發(fā)電機能夠以一種自由的方式進行調(diào)節(jié)，從而以更為穩(wěn)定的方式運行。（3）發(fā)電機中性點變壓器設計。電氣主接線設計的重要部分就是發(fā)電機變壓器方面的設計，其不但能夠有效的對由于接地電弧對電壓值進行限制，同時其也能夠在發(fā)電機出現(xiàn)單項故障時對相關的電流進行限制，從而能夠更好的對設備發(fā)電機起到一個全面的保護，并不會造成過電壓的情況出現(xiàn)。

3.3廠用電接線設計。如果將水電廠所使用的變壓器同母線進行連接，需要全面考慮相關的設計方案，這是因為如果母線在實際使用的過程中出現(xiàn)故障，那么則需要考慮其中大部分設備能夠繼續(xù)的進行工作。通常水電站中所使用的變壓器一般在10至110kV之間，而如果僅僅通過一級電壓進行供電，則可能會由于所具有的容量過小而出現(xiàn)切換的情況。對此，就需要通過一定操作保護設備的安裝來對高壓一側(cè)進行保護。同時對于廠用的母線而言，其也是需要以分段的方式進行處理的，而使用的目的就是要以這種方式的操作將廠用的負荷能夠更好的在兩端母線上進行分布，而這也需要我們能夠保證其中的每一段母線都能夠具有相對獨立的電源，從而為實際運行所需要的電能提供保證。而在系統(tǒng)之中，備用電源也是非常重要，通過備用電源的安裝，則夠在系統(tǒng)獨立電源出現(xiàn)故障時能夠保證工作的不間斷性。最后，在對廠用電開展接線工作時我們也需要考慮如何能夠使供電線路的最短化，從而以此種方式最大程度的對工作所需的導線以及電纜等資源進行節(jié)約。

4結(jié)束語

綜上所述，水電站自動化系統(tǒng)是水電站的輔助工程，也是水電站安全運行的重要系統(tǒng)。在水電站實際建設的過程中，為了保障水電站的安全運行，必須加強其電氣一次設計工作。