南山水库电站电气二次技术改造
北极星电力网技术频道  
作者:电力论文3
2007/12/24 18:40:39
【文摘】南山水库电站的二次技术改造采用先进的TCM自动控制系统,电站自动化程度达到无人值班的要求,提高了运行安全可靠性,其经济效益和社会效益显著。
【主题词】水电站自动化自动化系统二次系统技术改造无人值班TCM
南山水库位于浙江省嵊州市长乐江支流的南山江上,水库总库容1.03亿m3,是一座多年调节的大型水库。电站建于1970年,装机3×1250kW。南山水库电站的二次测量、控制、保护等设备原采用的是继电器逻辑控制,迄今已运行了30年,设备陈旧,保护方式落后,自动化水平低,大部分元器件目前已属淘汰产品,备品备件解决困难,同时由于常规继电器逻辑控制操作、维护复杂,故障率高,影响电站的安全运行。
为提高电站的自动化水平,实现高效、先进、可靠的电站技改目的,南山水库电站二次部分技术改造采用加拿大引进的Powerbase新型水电站计算机监控系统。该水电站计算机监控系统采用分层分布式硬件结构,由可选的各个模块组成,采取模块化编程,实现对水电站的自动监测、控制、调节和保护,使电站运行高度自动化。电站计算机监控系统由上位工控机主站和下位测量控制保护单元(LCU)两个层次组成,上位机主站与下位机LCU间通过SIM通讯进行数据交换。整个系统结构简洁明了,并且上位机、下位机各单元之间均可独立工作,每一设备的故障均不影响系统的持续运行。系统的“开放”设计原则,使系统扩展方便、组态灵活、适应性强,满足电站在不同时期的需要。
1Powerbase计算机监控系统配置及主要功能
系统上位机硬件包括工控计算机、显示器、打印机。下位机测量控制单元有:水轮机/发电机控制模块TCM-30、控制扩展模块EXP-30、现地操作显示模块GDI-20、发电机保护及测量模块GPM-30(包括10路温度巡检)、差动保护模块DPM-30、Optocom总线、LCM导叶测量变送器、ACC-007电子测速变送器、微机线路保护装置、主变微机保护装置、公用设备控制PLC等。
1.1上位机
上位机主要完成全厂运行自动化及其管理,历史数据存档、归档、检索、报表生成,运行操作记录,故障报警,各种画面显示,与调度自动化系统联网等功能。1)电站控制;电站监视;2)事故、故障报警和处理;3)数据采集和管理;4)事件记录;5)数据打印;6)模拟屏实时状态显示、驱动。
1.2机组控制保护单元
机组控制保护单元是由可选的各个模块组成,用户根据需要选择模块,模块均是从加拿大引进。用较少的费用便可灵活提供特殊的控制性能。操作控制分为从保护控制到后备保护,每个模块包括一个高速的微处理机和容错安全回路,带必要的操作软件以控制某一操作功能,每台水轮机/发电机的控制模块都固定在一个标准的控制柜内。每个模块都有接线端子,接线简单,便于维护。一个显示模块固定在控制柜面板上并与柜内的每个模块通讯,提供操作、保护和测量参数数据显示。一旦所有模块内部连接好并选择了设定参数,系统便可运行。
1)水轮机/发电机控制模块TCM-30及EXP-30
水轮机/发电机控制模块TCM-30具有自动调频功能,完成机组自动开停机、同期并网、运行工况转换、事故停机等逻辑操作功能,故障、事故信号报警功能,完成对导叶开度、转速、前池水位的测量并在现地显示,完成机组调频及负荷调整功能。TCM-30有14路数字量输入和14路数字输出,2路模拟量输入。EXP-30模块为TCM-30控制模块的输入输出接口的扩展模块,EXP-30有16路数字量输入和16路数字输出,2路模拟量输入和2路模拟量输出需满足机组控制的需要。
2)发电机/水轮机保护和电气测量模块GPM-30/DPM-30
发电机/水轮机保护模块GPM-30/DPM-30,实时反映出输入信号的故障状态。当某些参数超过运行人员选择的设定值,GPM按要求快速或延时发出信号或跳闸。GPM/DPM的保护动作如下:①差动保护;②过电压/低电压;③过电流/低电流;④相间的电压不平衡;⑤过频/低频;⑥定子接地;⑦20路温度RTD检测;⑧液压系统失压或液位低;⑨任何一输入量的延时报警(0.1s)。
电气测量功能:可实时测量显示三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数、有功电度、无功电度等电气参数,可送入现地或远方监测装置。测量模块可实时测量发电机电气参数和状态。
3)电站的监视和控制模块
OPTOCOM总线完成站内的通讯。它同时可提供电站的水轮机/发电机的控制和监视系统(SCADA)。
4)现地操作显示模块GDI-20
现地操作显示模块(GDI-20)安装在控制柜的面板上,它接收所有模块实时的信息。通过一个简单的菜单和模块对应的号码,就可实时显示数据并实现对机组的控制功能。
1.3微机线路保护装置
主要完成以下功能:1)电流闭锁电压速断保护;2)过电流保护;3)自动重合闸;
1.4微机型变压器保护装置
保护功能如下:1)主变差动保护;2)复合电压过电流保护;3)轻、重瓦斯保护;4)油温过高保护。
2直流系统
南山水库电站改造后,为确保继电保护、微机监控系统、事故照明等直流电源的可靠性,对原有的老式直流系统予以更新,选用KZBT-220V新型成套直流装置。该装置由一组220V容量100Ah的免维护铅酸蓄电池(组装在盘柜内),一套浮充电整流装置,一块调压馈线屏共三面屏组成。
3机组自动化系统
3.1励磁系统
1号、2号、3号机组改造后,取消原有性能较差的励磁机,采用微机控制的自并激静止可控硅励磁方式。可控硅功率元件采用全控桥接线,励磁系统以逆变灭磁作为正常停机灭磁方式,以灭磁开关作为事故停机灭磁方式。
由于电站为并网电站,因此采用了高油压液压操作器。本液压控制柜采用工作于脉冲状态的直流电磁阀,直接推动接力器,从而系统结构简单,无任何机械杠杆,工作可靠性高,并采用气囊式蓄能器,不用高压气系统,省却了维护,体积小,布置方便。同时根据用户要求控制机组的制动系统。
在每台发电机出口断路器设同期点,采用自动准同期方式,由TCM和GPM模块中的同期功能检查同期并合闸。考虑到电站的自动控制和无人值班的要求,主变高压侧断路器不设同期点,采用三相一次重合闸方式,设置检无压重合,检同期重合功能。
南山水库电站改造后,提高了电站自动化水平,自动化程度达到无人值班的要求,提高了运行安全可靠性,减轻了运行强度,减低了电站投资和运行费用,其经济效益和社会效益显著,促进了农村中小水电的发展。电站投运后,参观学习的人非常多,据电站统计,外国专家包括加拿大自然资源部官员有100多人次,国内专家包括水利部官员有300多人次,为小水电自动化技术的推广起到了很好的示范作用。