水力發(fā)電廠用電管理系統(tǒng)及測量裝置選型介紹

摘要：NB/T 10861-2021《水力發(fā)電廠測量裝置配置設(shè)計規(guī)范》對水電廠的測量裝置配置做了詳細要求和指導(dǎo)。測量裝置是水力發(fā)電廠運行監(jiān)測的重要環(huán)節(jié)，水電廠的測量主要分為電氣量測量和非電量測量。電氣測量指使用電的方式對電氣實時參數(shù)進行測量，包括電流、電壓、頻率、功率因數(shù)、有功/無功功率、有功/無功電能等；非電量測量是指使用變送器把非電量轉(zhuǎn)換為4-20mA或者0-5V電信號進行測量，包括溫度、轉(zhuǎn)速、壓力、液位、開度等。本文僅根據(jù)標準討論水力發(fā)電廠的測量裝置及用電管理系統(tǒng)，不涉及水電廠的微機保護配置等。

1.電氣測量及電能計量
電氣量測量對象包括水輪發(fā)電機/發(fā)電電動機、主變壓器、線路、母線、廠用電變壓器、直流系統(tǒng)等。圖1為水力發(fā)電站電氣接線示意圖，顯示水力發(fā)電機組、主變壓器、線路、廠用電變壓器的電氣接線。

圖1 水力發(fā)電廠電氣接線示意圖

（1）水輪發(fā)電機和勵磁變壓器的監(jiān)測配置如圖2所示，設(shè)備選型如表1所示。

圖2 水輪發(fā)電機電氣測量配置 表1 水輪發(fā)電機和勵磁變壓器監(jiān)測選型

（2）升壓及送出系統(tǒng)的電氣測量及電能計量

圖3 水力發(fā)電廠主變壓器電氣測量配置

（3）旁路斷路器、母聯(lián)或分段兼旁路斷路器和35 kV及以上外橋斷路器，應(yīng)測量有功功率及無功功率、計量有功電能及無功電能。對有可能送電和受電運行 時，應(yīng)測量雙方向有功功率、計量雙方向有功電能；對有可能滯相和進相運行時, 應(yīng)測量雙方向無功功率、計量雙方向無功電能。

（4）廠區(qū)供電線路應(yīng)測量三相電流，根據(jù)電能計量需要可計量有功電能。

（5）蓄電池組電壓和電流監(jiān)測。

2.非電參量測量

非電量測量對象包括水輪發(fā)電機、附屬設(shè)備、公用設(shè)備、空氣壓縮系統(tǒng)、高壓電氣設(shè)備、閘門控制系統(tǒng)、水力監(jiān)測等等。

比如水輪發(fā)電機組及水泵水輪機/發(fā)電電動機組非電量測量項目數(shù)據(jù)比較多，包括軸水導(dǎo)軸瓦、水導(dǎo)油槽、定子繞組、定子鐵芯、勵磁變繞組等溫度，機組轉(zhuǎn)速、震動，進出水壓力、流量，潤滑油油位油溫等等，這些非電量的測量均為模擬量和開關(guān)量，采集信號為4-20mA模擬量信號和開關(guān)量信號，這些信號主要由配置的機組現(xiàn)地控制單元(LCU)采集并進行相應(yīng)的告警和控制，數(shù)據(jù)可上傳水電廠管理系統(tǒng)。

為了提高可靠性，4-20mA或者0-5V模擬量信號需要增加信號隔離裝置來實現(xiàn)限壓、限流、隔離等措施，增加系統(tǒng)的抗干擾能力。

3.安科瑞廠用電管理系統(tǒng)
Acrel-3000水電站廠用電管理系統(tǒng)針對水電站內(nèi)水輪發(fā)電機組、升壓變壓器、出線回路、廠用變壓器及廠用電低壓部分、直流系統(tǒng)直流屏及蓄電池、現(xiàn)地控制單元(LCU)等部分的電氣和非電量參數(shù)進行集中監(jiān)測，還可以接入站內(nèi)保護測控單元，實現(xiàn)電站的發(fā)、用電監(jiān)控、設(shè)備管理和運維管理。

電站總覽及單線圖顯示
電站總覽對電站基本信息，越限、變位等報警統(tǒng)計信息，負荷趨勢、發(fā)電量，溫濕度、壓力、液位等環(huán)境監(jiān)測信息、發(fā)電機運行狀態(tài)、斷路器狀態(tài)、運行參數(shù)等進行集中顯示。此外具備電氣主接線圖、廠用電接線圖、油、水、氣系統(tǒng)圖、直流系統(tǒng)等。在這類畫面上能實時顯示出運行設(shè)備的實時狀態(tài)及某些重要參數(shù)的實時值，必要時可通過窗口顯示其它有關(guān)信息。

發(fā)電機、變壓器狀態(tài)監(jiān)測
實時監(jiān)視發(fā)電機、升壓變壓器的運行狀態(tài)，采用模擬表盤、數(shù)字、曲線等可視化方式顯示電壓、電流、溫度、功率、負荷率、轉(zhuǎn)速、不平衡度等參數(shù)的動態(tài)變化和趨勢。

數(shù)據(jù)查詢
查詢選定回路選定的電流或電壓、頻率、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、電壓、電流不平衡度、負荷率、溫度變化趨勢等某一運行參數(shù)，統(tǒng)計其*大、*小、平均值，支持導(dǎo)出圖、表，并支持其歷史逐日極值及發(fā)生時間統(tǒng)計。

事件順序記錄
當電站發(fā)生事故造成斷路器跳閘、重合閘動作等情況時，監(jiān)控系統(tǒng)響應(yīng)并自動顯示、記錄事故名稱及時間。

控制與調(diào)節(jié)
控制與調(diào)節(jié)對象：機組及其輔助設(shè)備、變壓器以及線路、控制電機等。控制與調(diào)節(jié)方式：遠方/現(xiàn)地，控制可通過二級口令確認，保障控制安全，并具備操作日志記錄。

異常報警
實時報警按嚴重、緊急、一般等級別分別刷新、顯示、統(tǒng)計，支持按站所、時段、設(shè)備名稱、事件類型、報警類型等組合篩選方式，支持用戶事件確認。

統(tǒng)計與制表
查詢回路指定采集間隔電能和電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)這些參數(shù)運行日報，并統(tǒng)計日*大值、*小值、平均值。

設(shè)備管理和運維管理
系統(tǒng)支持設(shè)備檔案管理、生成設(shè)備二維碼，記錄設(shè)備生產(chǎn)、運行、保養(yǎng)信息，并具備工單管理、巡檢記錄、缺陷記錄、消缺管理、搶修記錄等等，閉環(huán)運維管理流程。

此外，系統(tǒng)還具備蓄電池監(jiān)控、視頻監(jiān)控、用戶報告、文檔管理等功能，可通過單線圖、餅圖、棒圖、3D圖形、手機APP實時顯示電站內(nèi)各區(qū)域運行狀態(tài)，使管理人員及時了解電站運行情況。

4.結(jié)論
水電站測量儀表裝置配置以及廠用電管理系統(tǒng)的設(shè)計目的，均以滿足水電廠安全經(jīng)濟運行和電力商業(yè)化運營的需要為目標，保證準確可靠、技術(shù)先進、監(jiān)視方便、經(jīng)濟適用。通過合理使用傳感器配合管理系統(tǒng)，使電站運行管理更高效。

審核編輯 黃宇