水电站应用计算机监控

溪口抽水蓄能电站

　　计算机监控系统及继电保护简介

　　吴卫国 联合国国际小水电中心(310002)

　　熊杰 水利部农村电气化研究所(310012)

　　

　　1　电站概述

　　溪口抽水蓄能电站位于浙江省宁波市奉化溪口镇，距负荷中心宁波市仅30km，装机容量80MW，是宁波地区电力系统现阶段唯一的中型调峰填谷电站。电站由宁波市自筹资金兴建，工程建设实行业主责任制、建设监理制、招投标承包制。电站由上水库、下水库、输水系统、圆形竖井半地下式厂房及升压开关站等组成，厂房内安装2台立轴单级单速可逆混流式水泵水轮机，发电电动机为立轴悬式、空冷、可逆式三相同步电机。该电站上、下水库之间水平距离L与水头H之比(L/H)为4∶1，技术经济指标优越，设计年发电量为12610万kW·h，年抽水电量为17280万kW·h，抽水—发电循环电站的综合效率为73%。电站于1998年6月8日正式投入商业运行，通过对6、7、8三个月实测，电站的综合效率达到77.7%，经济效益较好。该电站的建成对缓解宁波地区电力系统日益严重的峰谷矛盾，提高供电的可靠性，改善供电质量起到了很大作用。

　　2　计算机监控

　　宁波溪口抽水蓄能电站采用以计算机控制为主，简化常规控制设备为辅的监控方式，分层分布结构，整个系统分为电站主控级和就地控制单元。宁波调度中心通过RTU可以实现对本电站的遥测和遥信。

　　全厂计算机监控系统结构如图1所示：

　　2.1　电站主控级

　　本电站主控级采用的是瑞士ABB公司的Advant station 520 Operation计算机控制系统，其主机是Hewlett-packard 900/700工作站。主控级计算机通过总线MB300与全厂其它各就地控制单元进行数据通讯。主控级计算机配置两台显示器、两台打印机和一块功能键盘。

　　主要功能有：①数据采集和处理；②安全运行监视；③实时控制调节；④事件顺序记录；⑤屏幕图形显示。

　　计算机控制系统能够自动完成开停机程序、事故停机、操作运行菜单、定时报表打印、事故记录打印、全厂主要电气系统及油、气、水等系统的画面显示和数据显示。运行操作人员可以通过功能键盘和屏幕菜单选定运行机组的工况转换操作、有功功率和无功功率的设定、全厂数据的调用、召唤打印报表等。

　　2.2　机组就地控制单元(LCU)

　　机组就地控制单元(LCU)设置于机旁，主机采用的是ABB公司的Master Piece 200-1型工业微机。它与励磁调节单元、电液调速器、水泵水轮机控制单元、球阀控制单元等子系统是通过以并行的输入/输出信号的方式进行数据交换和控制调节的。

　　机组就地控制单元的主要功能有：

　　(1) 数据的采集和处理：主要完成机组各种电气量、温度量、开关量、振动、摆度、流量等参数的采集和处理。机组就地控制单元采集到的数据，可根据主控级的要求上送全部采集数据或部分数据。

　　(2) 安全运行监视：与电站主控级和机组继电保护装置等相配合，完成对一些状态变量的状态监视、过程监视、越限检查，在脱离主控级的情况下，保证机组的安全运行。

　　(3) 实时控制和调整：①可独立自动完成机组的顺序操作、工况转换、有功和无功功率的调整，而无需依赖主控级。②机组自动停机方式有三种：正常停机、快速停机、紧急停机。③机组同期方式，可采用自动准同期和手动准同期。

　　2.3　电站公用及辅助设备控制单元(SCU)

　　电站公用及辅助设备控制单元(SCU)设置在中控室，其主机为ABB公司Master Piece 200-1,SCU主要完成的是对110kV开关站、全厂公用控制设备、厂用变压器、上下库闸门和上下库水位等监视、测量和控制。由于上库距厂房较远，故在上库设置一远程输入输出卡RI0，通过电话线进行通信，同时SCU还负责向电站RTU输出全厂的一些主要运行参数数据(并行输出)，RTU再通过微波主通道和载波备用通道与宁波调度中心进行通信。

　　3　机组继电保护

　　机组的继电保护按照部颁SDJ6-83《继电保护和安全自动装置技术规程》有关规定，结合该抽水蓄能机组的具体要求进行配置。保护装置选用的是南京电力自动化设备总厂生产的WFBZ-01型微机继电保护装置。

　　3.1　主保护

　　发电电动机和变压器的相间短路保护，有关规程要求：对1MW以上的发电机，应装设纵联差动保护；对发电机-变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机装设单独的纵联差动保护。该电站单机额定发电容量40MW，主接线采用变压器一线路组接线，发电电动机与主变压器间有断路器，故发电电动机采用一套纵差，主变压器采用一套纵差。抽水蓄能电站，发电电动机作为发电机和作为电动机运行时转向不同，定子相序需要切换，为避免TA二次侧相应切换，两台换相开关柜上各装设一组TA，其对应副边并联。发电机和主变压器两套纵差保护的保护区在发电电动机出口两台换相开关处重叠。

　　该电站发电电动机在水泵工况时采用半电压异步启动，主变压器低压侧绕组带中间抽头，其接线组为YN，d11-d9，因此在降压启动断路器上再加两组TA，分别用于发电电动机和主变压器在抽水工况降压启动过程中的纵差保护。用于主变差动的TA其接线上作了特殊处理，以保证电源相位一致，变化按降压时选择。差动保护引入电气制动开关辅助触点，当电气制动时，差动保护自动退出运行。保护瞬时动作于跳机组出口断路器、灭磁和停机。TA断线会引起差动保护误动，因此设置了TA断线闭锁环节。

　　3.2　发电机一变压器组后备保护

　　该保护作为发电机一变压器组外部相间短路故障和发电机一变压器组主保护的后备。保护采用带电流记忆的复合电压启动过电流保护，保护由机端电压和中性点侧电流构成，电流元件带记忆，记忆时间可整定。出口分两段延时：第一时限跳主变高压侧断路器；第二时限跳机组出口断路器、灭磁和停机。

　　引入半压启动断路器接点，当半压启动时自动闭锁保护。引入发电和抽水断路器辅助接点，当在抽水或发电状态时自动切换电压相序。在机组启动和停机过程中，负序电压环节不能正确工作，因此当断路器断开时，自动解除负序电压环节，转换成过流保护，因为此时电压一般较低，已无必要用低电压来改善灵敏度。由于在抽水启动过程中，启动的电流较大，为防止误动，此电流的整定按躲过启动期间最大的电流(闭锁)来整定，低压也整定得较低，以免并网时不正确动作。

　　3.3　定子绕组接地保护

　　保护反映中性点TV二次侧3U0电压，瞬时动作于跳开机组出口断路器、灭磁和停机。

　　3.4　定子绕组过负荷保护

　　采用接于一相的电流继电器作为反应定子绕组对称过负荷的保护。保护带时限动作于信号。引入半压启动断路器接点，当半压启动时自动闭锁保护。

　　3.5　 定子绕组过电压保护

　　定子绕组过电压保护延时动作于跳开机组断路器、灭磁和停机。

　　3.6　励磁回路一点接地保护

　　采用测量转子对地导纳原理的灵敏度一致的转子一点接地保护。保护带时限动作于信号。

　　3.7　失磁保护(具备TV断线闭锁)

　　保护反应变压器低压侧TV电压和TA电流经延时t1发信号；t2动作于跳机组出口断路器、灭磁和停机。引入灭磁开关辅助接点，当灭磁开关误跳时，实现联跳。引入抽水断路器辅助接点，在断路器断开时闭锁联跳。为防止抽水启动时，从系统吸收P、Q，应闭锁。同时和失步保护一样，延时投入，延时时间考虑最长拉入同步的时间。

　　3.8　抽水工况低功率保护

　　机组抽水运行时，如电源突然消失，若不采取停机关导叶或其它有效措施切断水流，机组便会很快减速到停机，并向反方向旋转，然后升速到对应于当时导叶开度的飞逸转速，对机组、高压输水管道非常危险，因此必需装设抽水工况的失电保护。低功率保护检测抽水时电机的输入功率，当其低于某一限值时保护动作于跳开机组断路器、灭磁和停机。同时引入球阀全关位置接点，保护在球阀全关时闭锁。

　　3.9　抽水工况低频率保护

　　该保护的功能与低功率保护相同，它也只在抽水工况时投入作为低功率保护的后备。

　　此外，还有抽水工况失步保护、励磁变过电流保护和轴电流保护。总之溪口抽水蓄能电站自投入运行以来，电站监控保护系统运行稳定可靠，实现了综合效率达77%的良好经济效益。

　　(收稿日期：1999-12-15)(本栏编辑天晴)