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水力发电厂测量装置配置与厂用电管理系统综合运用

 更新时间:2023-08-25 点击量:121

NB/T 10861-2021《水力发电厂测量装置配置设计规范》对水电厂的测量装置配置做了详细要求和指导。测量装置是水力发电厂运行监测的重要环节,水电厂的测量主要分为电气量测量和非电量测量。电气测量指使用电的方式对电气实时参数进行测量,包括电流、电压、频率、功率因数、有功/无功功率、有功/无功电能等;非电量测量是指使用变送器把非电量转换为4-20mA或者0-5V电信号进行测量,包括温度、转速、压力、液位、开度等。本文仅根据标准讨论水力发电厂的测量装置及厂用电管理系统,不涉及水电厂的微机保护配置等。

1.0.1为规范水力发电厂测量装置配置设计,保证水力发电厂长期、安全、稳定 运行,提高水力发电厂整体综合经济效益,制定本规范。

1.0.2本规范适用于新建、改建和扩建的水力发电厂测量装置配置设计。

1.0.3水力发电厂测量装置配置设计应积极采用已通过鉴定的新技术和新产品。

1.0.4水力发电厂测量装置配置设计应符合电力系统对厂站端信息采集量和信息采集方式的要求。

1.0.5水力发电厂测量装置配置设计,除应符合本规范外,尚应符合国家现行有关标准的规定。

电气量测量对象包括水轮发电机/发电电动机、主变压器、线路、母线、厂用电变压器、直流系统等。图1为水力发电站电气接线示意图,显示水力发电机组、主变压器、线路、厂用电变压器的电气接线。


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图1 水力发电厂电气接线示意图

3. 1水轮发电机/发电电动机的电气测量及电能计量

3.1.1水轮发电机/发电电动机应测量下列项目:

1定子回路三相电流。

2定子回路线电压/三相相电压。

3发电机有功功率、无功功率。

4功率因数。

5发电机频率。

6励磁电流、励磁电压。

3.1.2发电电动机静止变频启动装置应测量下列项目:

1输入、输岀回路三相电流。

2输入回路线电压/三相相电压。

3输入回路有功功率、无功功率。

3.1.3水轮发电机/发电电动机应计量有功电能和无功电能。有可能调相运行的水轮发电机应计量双方向有功电能:有可能进相运行的水轮发电机应计量双方向无功电能;发电电动机应计量双方向有功电能和双方向无功电能。

3.1.4有可能调相运行的水轮发电机应测量双方向有功功率;有可能进相运行的水轮发电机应测量双万向天功功率。发电电动机应测量双方向有功功率和无功功率。

3.1.5电力系统有功角测量耍求时,应测量发电机功角。

3.1.6励磁变压器高压侧应测量三相电流、有功功率及无功功率。

水轮发电机和励磁变压器的监测配置如图2所示,设备选型如表1所示。

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图2 水轮发电机电气测量配置


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表1 水轮发电机和励磁变压器监测选型

3.2升压及送出系统的电气测量及电能计量

3.2.1主变压器测量和电能计量项目应满足下列要求:

1双绕组变压器应测量高压侧三相电流、有功功率、无功功率,变压器的一侧应计量有功电能、无功电能。

2三绕组变压器或自耦变压器应测量三侧三相电流、有功功率、无功功率,应计量三侧有功屯能、无功电能。自耦变压器公共绕组应测量三相电流。

3当发变组为单元接线旦发电机有断路器时应测量低压侧线电压和三相电压。

4联络变压器两侧应测量有功功率、无功功率,应计量有功电能、无功电能。

5有可能送电、受电运行时,应测量双方向有功功率、计量双方向有功电 能;当有可能滞相、进相运行时,应测量双方向无功功率、计量双方向无功电能。

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图3 水力发电厂主变压器电气测量配置


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表2 主变压器监测选型

3.2.2线路测量项目应符合下列规定:

1 6.3kV~66kV线路应测量单相电流,条件许可时可测量两相电流或三相电流。

2 35kV、66kV线路应测量有功功率,条件许可时6.3kV~66kV线路也可测量有功功率、无功功率。

3 110kV及以上线路应测量三相电流、有功功率、无功功率。

4 6.3kV及以上线路应计量有功电能、无功电能。

5 当线路有可能送电、受电运行时应测量双方向有功功率、计量双方向有功电能。

6当线路有可能滞相、进相运行时,应测量双方向无功功率、计量双方向无功电能。

7电力系统有要求时,升压站线路应测量线路功角。

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图4 水力发电厂线路电气测量配置


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表3 线路测量选型

3.2.3母线测量项目应符合下列规定:

1  6.3kV及以上发电机电压母线以及35kV、66kV母线应测量母线线电压及频率,同时应测量三相电压。

2  110kV及以上母线应测量三个线电压和频率。

3  6.3kV及以上母联断路器、母线分段断路器以及内桥断路器、外桥断路器应测量交流电流,110kV及以上应测量三相电流。

4 3/2接线、4/3接线和角型接线的各断路器回路应测量三相电流。

5旁路断路器、母联或分段兼旁路断路器和35 kV及以上外桥断路器,应测量有功功率及无功功率、计量有功电能及无功电能。对有可能送电和受电运行 时,应测量双方向有功功率、计量双方向有功电能;对有可能滞相和进相运行时, 应测量双方向无功功率、计量双方向无功电能。

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图5 水力发电厂母线电气测量配置


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表4 母线测量选型

3.2.4 110 kV及以上并联电抗器组应测量三相电流及无功功率,并计量无功电能。6.3kV~66 kV并联电抗器回路应测量交流电流。

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表5 电抗器测量选型

3.3厂用电系统的电气测量及电能计量

3.3.1厂用电变压器高压侧应测量交流电流、有功功率及有功电能。当高压侧不具备测量条件时,可在低压侧测量。

3.3.2厂用电工作母线应测量交流电压。当为中性点非有效接地时,应测量一个

线电压和三相电压;当为中性点有效接地时,应测量三个线电压。

3.3.3厂区供电线路应测量三相电流,根据电能计量需要可计量有功电能。

3.3.4 50kVA及以上带照明负荷的厂用电变压器应测量三相电流。

3.3.5 55kW及以上的电动机冋路应至少测量单相电流。

3.3.6当厂用电变压器低压侧为0.4kV三相四线系统时,应测量三相电流。

3.3.7厂用电分段断路器应测量单相电流。

3.3.8柴油发电机应側量三相电流、三相电压、有功功率及计量有功电能。

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图6 水力发电厂厂用电系统电气测量配置


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表6 厂用电系统电气测量配置选型

3.4直流电源系统电气测量

3.4.1直流电源系统应测量下列项目:

1无降压装置的直流系统母线电压。

2有降压装置的直流系统合闸母线电压和控制母线电压。

3充电装置输出电压和电流。

4蓄电池组电压和电流。

3.4.2蓄电池回路宜测量浮充电电流。

3.4.3当采用固定型阀控式铅酸蓄电池时,宜以巡检方式测量单体电池或组合电 池的电压。

3.4.4直流分配电柜应测量母线电压。

3.4.5直流母线绝缘检测应符合现行行业标准《水力发电厂直流电源系统设计规 范》NB/T 10606的有关规定。

3.4.6直流电源系统设有微机监控装置时,常规仪表的测量可仅测直流母线电压 和蓄电池电压。

3.5不间断电源系统(UPS)电气测量

3.5.1 UPS宜测量下列项目:

1输出电压。

2输出频率。

3输出功率或电流。

3.5.2 UPS主配电柜宜测量进线电流、母线电压和频率。

3.5.3 UPS分配电柜可测量母线电压。

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图7 直流系统及蓄电池电气测量


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表7 直流系统测量选型

3.6常测电气测量仪表和电能计量仪表

3.6.1电气测量仪表设置应满足下列要求:

1 常测电气测量仪表设置应能正确反映电力装置的运行参数。

2 有远传功能要求时,应配置以数据通信方式或模拟量输出方式传送电气参数的电气测量仪表。

3水轮发电机,发电电动机,双绕组主变圧器高压侧,三绕组主变压器高 压侧、中压侧及低压侧,能替代线路断路器的分段及母联断路器、外桥断路器、 角形接线断路器以及线路宜配置交流釆样电量综合测量仪表;厂用电变压器及厂用电系统配电回路可配置交流采样综合测量仪表。

3.6.2模拟屏常测仪表设置应满足下列要求:

1计算机监控系统不设模拟屏时,控制室宜取消常测仪表。计算机监控系统设模拟屏时,模拟屏上常测仪表应精简,并可采用计算机驱动的数字式仪表。

2模拟屏上宜装设下列电气测量仪表:

1) 水轮发电机和发电电动机的有功功率表、无功功率表。

2) 110kV及以上电压线路的有功功率表和无功功率表;35kV及以上、110kV以下电压线路的有功功率表。

3) 35kV及以上母线的线电压表和频率表。

4) 全厂总有功功率表、总无功功率表。

5) 有可能进相或调相运行的水轮发电机装设的双方向无功功率表或有功功率表;发电电动机、有可能送受电运行的线路装设双方向的有功功率表及无功功率表。

6) 其他测量仪表。

3.6.3机组现地控制单元宜配置交流采样电量综合测量仪表、有功功率变送器,根据需要可配置无功功率变送器和定子交流电压变送器。

3.6.4励磁屏应配置测量励磁电流、励磁电压的直流变送器。

3.6.5开关站、公用设备等现地控制单元宜配置交流采样电量综合测量仪表和/或电量变送器,可不配置其他常规电气测量仪表。

3.6.6厂用电系统开关柜电气测量仪表配置应符合下列规定:

1厂用电变压器高压侧开关柜应配置常规单相电流表及单相交流电流变送器,或交流釆样电量综合测星仪表。当厂用电变压器高压侧开关柜实际负荷电流 小于电流互感器额定一次电流的30%时,常规电流表、交流采样电量综合测量 仪表或交流电流变送器可在厂用电变压器低压侧开关柜内设置。

2厂用电变压器低压侧为0.4kV三相四线系统町,厂用电变压器低压侧开关柜应配置常规三相电流表及单相交流电流变送器,或交流釆样电量综合测量仪表。

3母线电压互感器柜宜设置测量母线电压的交流电压变送器或交流采样电量综合测量仪表。中性点非有效接地系统,母线电压互感器柜宜设置一只切换开关和一只电压表,测量一个线电压和三相电压。中性点有效接地系统,母线电压互感器柜可设置一只切换开关和一只电压表,测量三个线电压。

4厂用电系统母线分段断路器柜及馈线柜各馈线回路均应设置电流表,其中母线分段断路器柜应设置交流电流变送器。

3.6.7柴油发电机控制柜宜设置交流采样电量综合测量仪表。

3.6.8 下列回路应配置多功能电能表:

1水轮发电机和发电电动机的定子回路。

2双绕组主变压器的一侧及三绕组主变压器的三侧。

3 6.3kV及以上线路。

4旁路断路器、母联兼旁路断路器回路。

5厂用电变压器的一侧。

6外接保安电源的进线回路。

7其他需要进行电能计量的回路。

3.6.9常测电气测量仪表和电能计量仪表的选型及性能应符合下列规定:

1中性点非有效接地的电量测量应采用三相四线接线的交流采样电量综合测量仪表,其中功率测量宜为三相三线的计算方式。有功及无功功率变送器宜为三相三线,电能计量可采用三相三线的多功能电能表。

2中性点有效接地的电量测量应采用三相四线的交流采样电量综合测量仪表和有功、无功功率变送器,电能计量应釆用三相四线的多功能电能表。

3常测电气测量仪表准确度至低要求应符合表3.6.9-1的规定。

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注:★当交流釆样电量综合测量仪表用于除电能计量外的其他用电系统交流电流、电压测量时,其准确度至低要求为0.5级。

4变送器和测量用互感器、测量用分流器准确度至低要求应符合表3.6.9-2的规定。

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5指针式测量仪去的测量范围,宜使电力设备额定值指示在仪表标度尺的2/3左右。对功率值有可能双方冋此,应选用零刻度在标度尺中间位置的指针式仪表。

6 变送器输出标称值宜选用4 mA~20 mA DC或4 mA~12 mA~20 mA DC,标称值的上限宜代表被测量额定值的1.2倍~1.3倍,并取合适的整数进行校准,经变送器接入的指针式仪表的满刻度值与校准的被测量值应一致,接入的 数字式仪表以及计算机监控系统模入应按此校准的被测量值进行率定。

7多功能电能表准确度至低要求应符合表3.6.9-3的规定。

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8多功能电能表应有失压记录和失压计时功能。当多功能电能表釆用辅助电源,辅助电源失电后,应有失电次数及其日期记录。

9输出及通信接口应满足下列要求:

1) 电量变送器除应具有模拟量输出外,也可同时具有数据通信接口的输出方式,通信的物理连接及世信规约应满足计算机监控系统的要求。

2) 交流采样电量综合测量仪表宜具有数据通信接口的输出方式,通信的物理连接及通信规约应满足计算机监控系统要求。当调度自动化系统要求远动工作站的信息直釆直送时,交流釆样电量综合测量仪表应另外增加一个通信接口,通信的物理连接和通信规约应满足远动工作站的要求。

3) 多功能电能表应具有数据通信接口输出方式。当调度自动化系统要求 数据釆集直采直送时,数据通信接口应设置两个,并均应各自满足计算机 监控系统和调度数据网的通信物理连接和通信规约的要求。

10变送器、交流釆样电量综合测量仪、多功能电能表以及数字显示仪表的辅助电源宜采用直流电源或UPS电源。

11系统关口电能表的配置应符合现行行业标准《电能计量装置技术管理规程》DUT448和《电能量计量系统设计技术规程》DL/T5202及接入系统设计中 的屯网屯能计费系统终端的相关规定。

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表8 变送器、数字式仪表、多功能电能表等设备选型参数

3.7电气测量及电能计量二次接线

3.7.1系统关口电能表应配置专用的电流、电压互感器或互感器专用二次绕组, 并不得接入与电能计量无关的设备。

3.7.2系统关口电能表用电流互感器准确度等级选择应按照本规范第3.6.9条第 7款执行。

3.7.3 110 kV及以上的配电装置,100 MW及以上的水轮发电机和发电电动机宜选用额定二次电流为:1A的电流互感器。

3.7.4电流互感器二次绕组中所接入的实际负荷应保证在25 %~100 %额定二次负荷范围内。

3.7.5电压互感器的主二次绕组额定二次线电压宜为100V。

3.7.6电压互感器二次绕组中所接入的实际负荷应保证在25 %~100 %额定二次负荷范围内。

3.7.7系统关口电能表用电流互感器的二次接线应采用分相接线方式。发电机出口电能表及其他电能表采用三相四絞电能表时,电流互感器可采用星形接线方式;釆用三相三线电能表时,电流互感器可釆用不星形接线方式。

3.7.8当几种测量仪表接在电流互感器的同一个二次绕组时,仪表接线的先后顺序宜为电能计量仪表、指示或显示仪表、交流采样电量综合测量仪、电量变送器。当电流互感器二次接线釆用星形或不星形接线方式时,星形的连接点不应在仪表的接线端子形成后引岀至端子排,应将各相电流引出至端子排,在端子排上组成星形。

3.7.9对于电能表专用的电流互感器二次绕组以及专用的电压互感器二次回路,在接入电能表接线端子前应经试验接线盒,方便现场带负荷校表和带负荷换表。

3.7.10屯压互感器二次侧宜安装低压断路器,当二次侧以分支路引出时,各支路应独立安装。

3.7.11电流互感器的二次回路应有且只能有一个接地点;当电流互感器为电气测量或电能计量专用时,应在配电装置处经过端子排一点接地;如与其他设备共 用电流互感器时,互感器接地方式应符合现行行业标准《水力发电厂二次接线设计规范》NB/T 35076的有关规定。

3.7.12电压互感器星形接线的二次绕组应采用中性点一点接地方式,中性点接地线中不应串接有可能断开的设备;当电压互感器为电气测量或电能计量专用时,宜在配电装置处经端子排一点接地;如与其他设备共用电压互感器时,互感器接地方式应符合现行行业标准《水力发电厂二次接线设计规范》NB/T 35076 的有关规定。

3.7.13电流互感器二次电流回路的电缆芯线截面,应按电流互感器的额定二次 负荷计算。当二次电流为5A时,电缆芯线截面不应小于4 mm2;二次电流为1A 时,电缆芯线截面不应小于2.5 mm2。

3.7.14电压互感器二次回路的电缆芯线截面允许电斥降选择应符合下列规定:

1仅接入指针式仪表的电压降不应大于额定二次电压的1.5%。

2接入有交流采样电量综合测量仪、数显仪表及电量变送器的电压降不应大于额定二次电压的0.5%。

3接入0.5级及以上准确度等级电能汁量仪表的电压降不应大于额定二次电压的0.2%。

4允许电压降所反映的误差,应包含电压互感泰二次村路导线引起的比差和角差的合成误差,不应仅是单一的比差。

5电缆芯线的至小截面不应小于2.5mm²。


Acrel-3000水电站厂用电管理系统针对水电站内水轮发电机组、升压变压器、出线回路、厂用变压器及厂用电低压部分、直流系统直流屏及蓄电池、现地控制单元(LCU)等部分的电气和非电量参数进行集中监测,还可以接入站内保护测控单元,实现电站的发、用电监控、设备管理和运维管理。


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图7 直流系统及蓄电池电气测量

① 电站总览及单线图显示

电站总览对电站基本信息,越限、变位等报警统计信息,负荷趋势、发电量,温湿度、压力、液位等环境监测信息、发电机运行状态、断路器状态、运行参数等进行集中显示。此外具备电气主接线图、厂用电接线图、油、水、气系统图、直流系统等。在这类画面上能实时显示出运行设备的实时状态及某些重要参数的实时值,必要时可通过窗口显示其它有关信息。

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② 发电机、变压器状态监测

实时监视发电机、升压变压器的运行状态,采用模拟表盘、数字、曲线等可视化方式显示电压、电流、温度、功率、负荷率、转速、不平衡度等参数的动态变化和趋势。

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③ 数据查询

查询选定回路选定的电流或电压、频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、电压、电流不平衡度、负荷率、温度变化趋势等某一运行参数,统计其Max、Min、平均值,支持导出图、表,并支持其历史逐日极值及发生时间统计。

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④ 事件顺序记录

当电站发生事故造成断路器跳闸、重合闸动作等情况时,监控系统响应并自动显示、记录事故名称及时间。

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⑤ 控制与调节

控制与调节对象:机组及其辅助设备、变压器以及线路、控制电机等。控制与调节方式:远方/现地,控制可通过二级口令确认,保障控制安全,并具备操作日志记录。

⑥ 异常报警

实时报警按严重、紧急、一般等级别分别刷新、显示、统计,支持按站所、时段、设备名称、事件类型、报警类型等组合筛选方式,支持用户事件确认。

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⑦ 统计与制表

查询回路采集间隔电能和电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数这些参数运行日报,并统计日Max、Min、平均值。

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⑧ 设备管理和运维管理

系统支持设备档案管理、生成设备二维码,记录设备生产、运行、保养信息,并具备工单管理、巡检记录、缺陷记录、消缺管理、抢修记录等等,闭环运维管理流程。

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此外,系统还具备蓄电池监控、视频监控、用户报告、文档管理等功能,可通过单线图、饼图、棒图、3D图形、手机APP实时显示电站内各区域运行状态,使管理人员及时了解电站运行情况。

水电站测量仪表装置配置以及厂用电管理系统的设计目的,均以满足水电厂安全经济运行和电力商业化运营的需要为目标,保证准确可靠、技术先进、监视方便、经济适用。


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