摘要：關家河灘水電站前期投資小、運行成本低、投資回收年限短、電站自動化和繼電保護系統的水平與當前的國內技術發展水平相適應為原則，電氣設計從電氣主接線方式、電氣主接線、自動控制、通信、電氣設備布置等方面進行優化設計,達到既安全、又經濟的目標。

        關鍵詞：設計原則;優化設計;電氣設計;自動化方案

　　1工程概況

　　關家河灘水電站位于青海省民和縣與甘肅省蘭州市紅古區以河為界的湟水河干流上，為徑流河床式開發，屬大流量低水頭電站，電站設計發電流量257m3/s，設計水頭9.14m，裝機容量20MW，多年平均發電量8664萬kW.h，年利用小時數4332h，保證出力4.34MW，屬小⑴型Ⅳ等工程。

　　2接入電力系統方式

　　關家河灘電站接入系統的電壓等級初定為110kV，綜合裝機容量、水電站的季節性出力，以及本地區電網布局的銜接，設計認為以110kV電壓等級接入系統基本合理，也兼顧了水電站送出的經濟性。電站選用1回110kV線路送出至民和110kV變電所，110kV輸電線路長約3.5km。

　　3電氣主接線電力系統對該電站無特殊要求(如調相等)，電氣設計應保證電站機組在事故或故障情況下，不會影響電力系統的穩定和正常運行。單機容量為10MW,總裝機容量20MW，多年平均年發電量8664萬kW.h，裝機年利用小時數4332h，電站保證出力4.34MW。電站主接線的設計原則應是簡單、清晰、經濟、可靠。根據電站接入系統方式及關家河灘水電站總裝機容量(2×10MW)進行電氣主接線方案的選擇。發電機側電壓：單機容量為10MW，發電機出口電壓選用6.3kV電壓等級。根據進、出線回路數110kV側采用變壓器-線路組接線方式。

　　4自動控制

　　4.1監控方式

　　為了滿足電力系統優化調度的需要，充分發揮電站的經濟效益，確保電站安全、可靠運行，本電站初步考慮采用以計算機為基礎的監控系統，按無人值班(少人值守)的原則設計，實現全廠綜合自動化。正常運行情況下，全廠設備的監視控制完全依靠計算機，監控系統發出操作指令，通過現地執行機構執行。

　　包括水輪發電機組的自動控制、自動調節、機組事故的自動處理、全廠斷路器、隔離開關及機組滅磁開關等的自動操作;以及電站運行必需的反映設備運行狀態的模擬量和開關量的信息反饋均由計算機監控系統進行處理。在機旁以現地控制單元LCU取代常規的機組自動屏，保證在監控系統一旦退出工作后，已運行的機組仍能維護運行，停機狀態下的機組也能開機運行或進行調試工作。

　　4.2系統結構

　　采用分層分布式結構，設中央控制層和單元控制層。中央控制層配置2臺工業級計算機和一套通訊管理機，管理電站經濟運行、自動發電控制(AGC)，自動電壓控制(AVC)、全廠數據及歷史數據保存、運行報表打印、運行監視和事件報警、與外系統的通信、并作為操作員控制臺，實現運行人員與計算機系統的人機接口，完成實時的監視與控制。每臺機組設一套現地控制單元LCU，完成數據采集、預處理、控制開關量輸出和有無功功率的調節。

　　110kV升壓站及公用設備設一套現地控制單元LCU，承擔數據采集和開關的自動操作任務。每套LCU可以接收上位機系統的控制和管理，也可以脫離上位機系統而獨立地完成對現地設備的監視和控制。各現地單元LCU通過網絡收發器(FOXCR)和網絡互聯器(HUB)用光纖電纜連接，構成總線型以太網監控系統局域網絡。

　　4.3機組勵磁

　　采用自并激可控硅勵磁方式，其中調節部分采用微機勵磁調節器。微機勵磁調節器通用性、靈活性強;具有向上兼容性和通信能力;檢修、調試、維護工作量少;由完全獨立的兩套自動控制通道組成，且互為備用;對電源故障、軟、硬件故障具有自動檢測和顯示功能，并具有軟件故障自恢復功能;邏輯判別回路簡單明了，故障率低，操作中不易出現失誤等。

　　無論從技術性能，日常的維護工作量，運行可靠性等方面比較，優勢明顯，既能滿足電力系統不同運行工況的要求，也能適應機組的計算機調節控制。采用遠方與現地控制并聯運行操作方式。遠方操作，操作員可在中控室通過計算機監控系統進行勵磁系統起停、滅磁開關跳合，起勵以及勵磁電壓升降調節等操作，勵磁系統接收并執行遠方發來的操作調節指令，并將結果反饋到計算機監控系統，現地操作，通過勵磁盤面上的開關和按鈕來實現上述操作。勵磁系統接收操作指令后，在中控室操作終端LCD畫面及現地勵磁屏上顯示勵磁系統運行狀態及相關量參數。

　　4.4自動化元件

　　機組自動化元件配置和選型滿足無人值班(少人值守)對自動化和安全監控提出的要求，須滿足由一個操作指令即可完成機組工況的自動轉換。

　　5通信關家河灘電站為河床式水電站，設置2臺機組，總裝機容量為22.22MW。水電站通信采用電力線載波方式，設備分室內、室外布置，通信室內布置電力線載波機1臺;室外設備布置高頻阻波器，藕合電容器，結合濾波器，接地刀閘布置在110kV輸電線路一回相線上懸掛設置，最后由高頻電纜引入通信室內與電力線載波機相連。

　　根據本電站的實際情況，設置一臺生產行政、調度合二為一的新型數字程控調度機，容量選為20門，型號為DN-S型機。調度機的用戶線與中繼線根據需要配置。電站行政電話通信用戶分廠內、廠外兩種。為保證通信暢通，通信電源必須穩定可靠。初選一套48V100Ah直流電源。設置交、直流配電屏，整流充電屏，蓄電池屏。交流配電采用雙回路供電，電源取自廠用電的不同母線段。全站綜合音頻通信網全部采用電纜直接配線，網絡的配線滿足音頻線路的傳輸標準和串音標準的要求。

　　6電氣設備布置

　　6.1主廠房布置

　　主廠房1727.40m高程，每臺機組下游側布置有機組勵磁屏、機組自動LCU屏、機組測溫制動屏、機旁動力柜、機組油壓PLC屏等。機旁屏呈“一”字形布置。

　　6.2副廠房布置

　　副廠房位于主廠房下游側，高程為1727.40m。副廠房設兩層，上層為水電站控制設備層;下層為電纜夾層。

　　6.3升壓站布置

　　升壓站布置于主廠房下游側，地面高程為1727.40m。升壓站布置1臺升壓變壓器，升壓站占地面積約為25.8m×17.75m。升壓站采用戶外中型布置，運行、維護及檢修均較方便。進、出線共1個間隔，進出線構架高10m。站側設有3.5m寬的運輸通道。110kV出線為架空進出線，主變低壓側與高壓開關柜之間的連接選用封閉母線。

　　7結論

　　電氣設計在滿足規范規程的前提下，根據業主方提供資料，關家河灘電站接入系統的電壓等級初定為110kV，綜合裝機容量、水電站的季節性出力，以及本地區電網布局的銜接，設計認為以110kV電壓等級接入系統基本合理，也兼顧了水電站送出的經濟性。電站于投運以來,各種運行工況較好,故障率低,業主較為滿意,設計達到預期效果。

　　參考文獻

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