水电站电气自动化工程的施工质量管理

发表时间:2015/11/10   来源:《工程建设标准化》2015年7月供稿   作者:邬源江
[导读] 中国水利水电第十六工程局有限公司 某水电站工程为五级水电站,电站的装机容量为2×7MW,电站按照无人值守的基本原则进行设计。
邬源江
  (中国水利水电第十六工程局有限公司,福建,福州,350003)
  【摘  要】水电站自动化指的在无人值守的情况下,可以根据预先设定的程序运行。水电站电气自动化工程不仅是保证水电站安全运行的一项重要技术措施,同时也是现代化水电站的标志,做好水电站电气自动化工程的施工管理具有重要意义。基于此,文章通过实际案例对水电站电气自动化工程的施工质量管理进行探讨。
  【关键词】水电站;电气自动化工程;施工质量
  1.工程简介
  某水电站工程为五级水电站,电站的装机容量为2×7MW,电站按照无人值守的基本原则进行设计。基础控制为计算机监控,并且配备了微机型调速器、微机型继电保护装置、可编程励磁调节器等。电站投运后,陆续出现了误动、拒动、信号误发等问题,对电站的安全运行造成了较大的影响。经研究后,决定对此水电站自动化系统进行改造升级,真正达到无人值守的目的。
  2.电气自动化的主要控制重点
  2.1 对水轮发电机组的运行状态进行监控
  在监控水轮发电机组的运行状态时,一是要实现调相转发电、设备开关机等设备的控制。保证上述操作可以按照设定的程序进行独立运行[1]。二是要保证发电机组可以保持低成本的运行状态。可以合理的分配负荷,根据系统要求和电站规模对机组的有功功率和无功功率进行调节。另外,发电机组遇到意外时,要保证预定成型可以自动将备用机组开启。保证在没有人工干涉的情况下,也可以职能监控发电机组的运行状态。
  2.2 对辅助设备的运行情况进行监控
  水电站设备中有很多辅助设备的运行正常与否对机组运行有较大的影响。所以,要对定子电路运行的安全性以及发电机组转子运行的安全性进行检测。查看检测机组电子定子绕组铁芯温度是否处于正常范围中,检测变速系统、制冷系统的运行情况。不管什么位置出现故障,都可以保证系统可以迅速做出反应,并及时启动保护程序,并通过警报的形式将故障通知给工作人员。
  2.3 对机组外的电气设备进行监控与保护
  除辅助设备和发电机组外,还有很多其他的电气设备。例如输电线路、变压器等,做好这些设备的监控对系统的发电非常重要[2]。利用电气自动化技术可以在输电线路和变压设备出现故障时,将电源切断,将故障点准确的计算出来,并将故障信息发送给相关工作人员,降低了故障查找的难度。
  3.自动化工程的改造施工
  3.1 同期系统的施工
  本工程原设计使用自动准同期系统,在改造施工时,对原设计进行了保持,并在原设计基础上进行了改动:(1)在原设计中,只是在手动准同期装配了同期检测继电器,并没有在自动准同期回路中设置闭锁,为了使接线简化,分别在各个接线点设置了同期检测继电器。(2)原设计中,由于两台机组共用自动准同期降压接点和同期升压接点,导致机组励磁控制回路出现了串电的情况,在升压和降压中间增设了继电器,使得各个系统电源处于互相独立的状态,避免出现误动的情况。(3)原设计中,由于自动准同期合闸失败,导致同期装置无法自动恢复,并且本工程自动准同期使用PLC瞬动接点启动进行继电器的启动,然后利用继电器的接点进行保持,缺乏合理性。分析后进行了以下改进:利用线路PLC输出接点和机组进行启动,并对同期启动继电器进行保留。此外,使用公用PLC直接输出接点启动代替自动准同期启动继电器。
  3.2 过电压保护改造
  电站主设备的弱电设备和主设备多次受到雷击,而原设计只是在厂区的主、幅厂房和升压站布置了架空避雷线,不符合现行规范要求。为了做好雷击过电压的保护,根据规范要求,在以下几个位置安装了避雷器:(1)虽然原设计已经在35KV处设置了架空避雷线,但是为了避免线路受到雷击后产生对设备造成损害的侵入电波,在隔离开关的外侧安装了型号为(H)Y5WZ-42/134氧化锌型避雷器。(2)在发电机的中性点和出口安装了一组旋转阀型避雷器,发电机中心点的型号为Y1.5W1-4.8/12,发电机出口型号为Y5W1-8/18.7。
  3.3 电气制动系统的施工
  本水电站电气制动系统通过对发电机出口端进行三相短路的方式实现,使用原机励磁系统和PLC电制动系统各自独立的结构类型,具有良好的通用性。可以使适用于跟踪类型的水轮发电机组。特别适用于改建电站[3]。此外,PLC独立电制动系统可以和原机械制动系统处于相对平衡的状态,有较高的稳定性。电气制动主接线图如图1所示。
  
  电气制动系统的制动流程如下:对系统和机组进行裂解→给出停机令→关闭所有导水叶→逆变灭磁→对电制动启动条件进行捕捉→FDK、ZLK、JLK合闸。系统恢复:机组转速设置为零→JLK分闸→进行40s续流灭磁延时→ZLK、FDK分闸→复归系统→对下次开机准备状态进行回复。由于电气制动停机操作为一种逻辑性比较强的操作过程,在操作时,为了防止出现操作事故,需要有良好的逻辑互锁性,使用可编程序对PC进行逻辑控制。这种控制可以利用软件实现,在修改和完善方案时也比较方便,可以实现机组的智能化、自动系统一体化。利用PC进行控制后,除了可以使用软件对一些关键步骤进行内部互锁外,还可以对PC输出外部进行硬件互锁,整个操作过程不会产生逻辑操作的情况。
  3.4 监控系统的改造设计
  工程原设计使用微型计算机控制的方式进行全场监控。在改造时,除了对主要的继电器和按钮进行了保留,并且对机组的控制流程进行了优化,增设了报警信号和开关量信号。对流程做了如下修改和补充:(1)当前,调速器是手动锁定的,为了提高锁定的稳定性,增设了反映调速器的运行状态的开关,并将调速器锁定拔出的开停机流程加入到了开机准备中。(2)为了避免断路器投同期时出现合闸不成功,同期装置有无法退出的情况,增设了自动准同期监视功能。当出现合闸失败后,将报警信号发出。(3)将“刹车有气压”的报警信号加入,并调整为“转速超过50%额定转速”后报警。(4)当侧断路器或断路器跳闸时,机端的电压会升高,因此,在PLC中增设“机端电压超过115%额定电压时,要延迟减励磁令的发放”功能。(5)增设了蝶阀油压和调速器装置的自动补气过程。当油压达到2.5MPa或油位小于1/3时,停止补气操作。在油罐油压低于2.5MPa,油位超过2/3时,打开补气电磁阀。
  3.5 断路器的操作回路改造
  本水电站在运行过程中,出现了多次断路器误合闸的情况,比如,在打开二号机组并进行并网,关闭302断路器的瞬间,一号机的断路器也出现了合闸。检查后发现,操作回路和控制回路的设计不存在问题,而合闸出口回路的设计就相对简单,不符合现行规范要求[4]。因此,作了以下修改:(1)自动准同期各个合闸出口回路均设置了同期闭锁继电器接点;(2)为了防止保护装置和断路器之间的电源互相产生干扰,将保护装备中的直接监视断路器跳合闸状态的连接接线取消。直接将回路监视继电器设置在断路器的合闸回路上,监控继电器的保护装置,使其完全从电气上隔离。
  3.6 厂用电系统的改造
  厂用电是保证用电设备稳定、安全运行的基础,在原设计中,厂区用电电源分别从两台发变组出口处的主变低压侧引出干式变压器来用作主要供电电源。备用电源为上游电站引入10/0.4KV的变压器,在运行过程中,变压器需要根据机组的启停情况进行反复操作,操作过程繁琐,安全性低,并且空载过程中存在比较大的损耗。综合分析后,主电源使用四号厂变压器,有效降低了厂用电的切换操作频率,保证了厂用电的可靠性,并且在这个基础上,对厂用电的工作方式和接线方式也进行了优化和修改。
  4.结论
  本水电站经过改造后,电站的二次设备稳定性和综合自动化水平明显提升,降低了事故的概率,减轻了工作人员的工作强度。改造后,经过一年多的运行,自动化元件和电气二次系统都持续处于稳定、正常的工作状态,没有出现异常情况,证明此次施工改造是合理的。
  参考文献:
  [1]张红,王辑祥,水轮发电机组电气制动方法的研究与探讨[J].广西水利水电,2004, (03):13-16.
  [2]崔明.变电站与水电站综合自动化[M].北京:中国水利水电出版社,2005:25-26.
  [3]陈贵州.电气自动化在水电站中的应用[J].中国新通信,2012,(21):77-78.
  [4]李康.水库、水电站运行数据监测系统[J].中国水利,2012,(05):97-98.
  作者简介:
  邬源江(1981-)男,土家族,湖北,工程师,本科,从事工作:水利水电工程设计、施工。
  
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