中小水电站综合自动化系统设计

电力18讯：    
湖南省水利水电勘测设计研究院 周海波


一、设计在工程建设中的作用

设计是一门涉及科学、技术、经济和方针政策等各方面的综合性的应用技术科学。设计也是先进技术转化为生产力的纽带。

设计工作的基本任务是在工程建设中贯彻国家的基本建设方针和技术经济政策，做出切合实际、安全适用、技术先进、综合经济效益好的设计，有效地为电力建设服务。

设计文件是对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益起着决定性的作用、是工程建设项目安排和施工组织安装的主要依据。

水电站综合自动化系统工程设计应充分满足水电厂安全经济可靠运行的需要，根据水电站所在电力系统调度自动化、系统继电保护和安全自动控制、电能计费、系统通信以及电力系统生产调度管理等方面的要求，在设备布置、人机界面、环境保护等方面，考虑人体的特点、能力和限度，采取适当的技术措施，以满足电力系统安全经济运行和安全方便的调度管理工作需要。

二、综合自动化系统设计内容

水电站综合自动化系统设计主要包括全站二次系统接线；同期系统；水轮发电机组及机组辅助设备和全厂共用设备的自动控制系统，励磁系统；短路电流的计算，主设备及其他设备的继电保护；直流系统和电气试验室、通信设备等，同时也包括电站计算机监控系统，火灾自动报警系统，工业电视监视系统，大坝监控系统。

1) 继电保护

电力系统继电保护和安全自动装置是当电力系统本身发生了故障或发生危及其安全运行的事件时，向运行值班人员及时发出警告信号或直接向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止故障或事件的发展的一种自动化措施和设备。用于保护电力元件的成套设备，一般称为继电保护装置；用于保护电力系统的一般称为安全自动装置。继电保护是保证电力系统中电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行，当发电机、变压器、输电线路、母线及用电设备等发生故障时，要求继电保护装置用可能最短的时限和在可能最小的范围内，按预先设定的方式，自动把故障设备从运行系统中断开，以减轻故障设备的损坏程度和对临近地区供电的影响。安全自动装置是为了防止电力系统失去稳定性和避免电力系统发生大面积停电事故的自动保护装置。如输电线路自动重合闸、电力系统稳定控制、电力系统自动解列、按频率自动减负荷和按电压降低自动减负荷装置等。

电力系统对继电保护的基本要求：继电保护和安全自动装置应符合可靠性（可信赖性和安全性）、选择性、灵敏性和速动性的要求。应综合考虑：电力设备和电力网的结构特点和运行特点；故障出现的概率和可能造成的后果；电力系统的近期发展情况；经济上的合理性；国内和国外的经验。

2) 同期系统

同期分为准同期和自同期两种方式，准同期有自动准同期和手动准同期，均带有非同期闭锁。
同期点选择：发电机出口断路器；三圈变三侧，双圈变一侧，线路和母联断路器。

水轮发电机以自动准同步作为正常同步方式，手动准同步为备用同步方式，必须装设非同步合闸闭锁装置。每台机组宜装设一套自动准同步装置及手动准同步装置。

其他作为同步点的线路、母线等回路中的断路器宜采用半自动准同步方式，必要时以手动准同步方式为备用，并需装设非同步合闸闭锁装置。全站宜装设一套多对象自动准同步装置及手动准同步装置。

3) 调速器

调速器的调节系统结构模式归纳为三类：单微机系统调节器、双微机系统调节器、单PLC调节器。

调速器主要性能指标：静态性能指标（转速死区ix和轮叶不随动ia）、动态性能指标（空载转速摆动值、接力器不动时间Tq和甩满负荷后调节时间Tp）

接力器不动时间Tq：含有可编程调节器或/和二级液压随动装置对接力器不动时间Tq有不利影响；而由性能档次高的微机调节器和一级电液随动装置对调速器的Tq影响较小，即该系统结构模式的调速器具有较好的快速性；

甩满负荷后调节时间Tp：主要取决于调节器中CPU的性能档次，CPU档次越高，Tp值越小；Tp基本上不受液压部分的影响。调速器采用微机档次越高，越有利于改善调速器动态性能指标之一的Tp，越有利于改善调速器的快速性；

空载转速摆动值：调速器在手动方式时，即水轮机在空载自然状态下机组的转速摆动值被称为手动空载转速摆动值。调速器在自动方式时，即水轮机在空载被控状态下机组的转速摆动值被称为自动空载转速摆动值。如果调速器自动控制作用正常，则自动空载转速摆动值应该小于手动空载转速摆动值。这个规律在机组空载运行试验时用来检验调速器软件中的PID调节算法程序的正确性。

调速器的性能指标主要受两个因素的影响，即调速器的系统结构模式和微机的性能档次。

作为现代水轮机微机调速器还必须注意另外两个<