水力发电厂测量装置配置选型及厂用电管理系统

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. 电气测量及电能计量

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。

图1 水力发电厂电气接线示意图

    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。

图2 水轮发电机电气测量配置

     表1 水轮发电机和励磁变压器监测选型

2升压及送出系统的电气测量及电能计量

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。

图3 水力发电厂主变压器电气测量配置

 表2 主变压器监测选型

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。

图4 水力发电厂线路电气测量配置

表3 线路测量选型

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。

图5 水力发电厂母线电气测量配置

表4 母线测量选型

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。

表5 电抗器测量选型

3厂用电系统的电气测量及电能计量

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。

3.2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。

3.4 50kVA及以上带照明负荷的厂用电变压器应测量三相电流。

3.5 55kW及以上的电动机冋路应至少测量单相电流。

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。

3.7厂用电分段断路器应测量单相电流。

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。

图6 水力发电厂厂用电系统电气测量配置

表6 厂用电系统电气测量配置选型

4.直流电源系统电气测量

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。

4.2蓄电池回路宜测量浮充电电流。

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。

4.4直流分配电柜应测量母线电压。

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。

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。

5.不间断电源系统（UPS）电气测量

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。

5.2 UPS主配电柜宜测量进线电流、母线电压和频率。

5.3 UPS分配电柜可测量母线电压。

5. 厂用电管理系统表9 非电量测量装置选型

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。

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。

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。

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，统计其最大、最小、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。

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。

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。

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，并统计日最大值、最小值、平均值。

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。

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。

6. 结论

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。通过合理使用传感器配合管理系统，使电站运行管理更高效。