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小型水电站电气设备选择(下)

  

水电站泵站自动化技术咨询网/转载  
 
五、数字式保护继电器
  自20世纪60年代中期,英国、澳大利亚和美国的一些学者提出利用计算机构成继电保护装置以来,到20世纪90年代,数字保护已成为继电保护的主流。
  我国的数字保护的研究始于20世纪70年代末,华北电力学院于1984年研制出第一套以单片微处理器为基础的数字保护并投入试运行。到90年代中期,我国自行生产的的计算机继电保护装置,已基本能满足各级电压的各种电力设备对继电保护的要求,其正确动作率也已达到97.26%,与常规继电保护的正确动作率相似。目前我国生产的数字保护大都采用16位CPU,最近几年一些大厂相继推出了32位的DSP产品,虽然在性能上有所提高,但也加大了设备成本,而这些成本是要由用户来买单的。六、开关柜选型及KYN型开关柜
  近几年,在农村水电厂设备选型上奢华之风日盛,已造成极大的浪费。在户内高压配电装置设计选型方面,我们在选择开关柜时选择的主要应是柜内的断路器、隔离开关、操作机构、TA、TV和相关辅助设备的技术性能和指标。在设备型号上,不管是KYN18、KYN28、XGN还是GG-1A(改型),他们的主要差异在于柜体结构设计上的不同和防护等级上的区别。而在选择同样的内部设备配置的情况下,开关柜价格相差近一倍。在电气设计上不管选用那种柜型,其设计工作量并不会增加,可是最近几年,在农村水电厂高压开关柜选型时,大量选用价格昂贵的KYN系列产品,而不去选择价廉物美的产品。
  KYN开关柜的全称为:铠装型移开式户内交流金属封闭开关设备,现在习惯称之为中置柜。KYN开关柜具有体积小、互换性好、防护等级高的优点,能够减少停电时间,提高供电可靠性,因此在变电站中大量被采用。但由于其价格昂贵、维护复杂,对农村水电厂的适用性不是太好,在过去农村水电厂设计中很少选择使用。
  农村水电厂决定土地建筑面积的是主厂房,10kV配电室在设计时很少受建筑面积的影响。农村水电厂选用的开关柜型号单一,也决定了农村水电厂高压配电装置对开关设备互换性的要求不高,所以80年代以前一般采用GG-1A柜, 90年代以后一般采用XGN柜,很少采用手车柜。
  目前,在农村水电厂10kV高压配电装置选型中,宜优先选择XGN系列产品。设备布置十分困难的时候(一般不会发生)也可考虑采用KYN系列产品,这样可节约大量建设资金和运行维护费用,但在选用KYN开关柜时,一定要分充考虑其散热和局放问题。
七、直流系统选型
  直流系统是水电厂必不可少的安全电源和操作电源,以前由于蓄电池价格昂贵,维护复杂,小型水电厂大都采用替代方式解决。随着蓄电池制造工艺的改善,成本下降,直流成套设备已大量在农村水电厂采用。我国农村水电厂以前所使用的直流充电设备大部分是采用相控电源,新建的农村水电厂都已广泛的采用了新型的高频开关电源。
  90年代以来,美国、德国等西方国家在新建电站和变电站全部采用高频开关电源,其蓄电池采用免维护铅酸蓄电池,由于新的断路器弹簧储能式操作机构的广泛采用,合闸电流大幅减少。电站所选蓄电池的容量也相应减小,为采用免维护铅酸蓄电池创造了条件。
  现在人们俗称的免维护蓄电池,其全称应为:阀控式密封铅酸蓄电池(VRLAB)。其优点是外形尺寸小,电池带电出厂,运行过程中气体(包括酸液)逸出很少,维护工作量相对较少。
  选择高频直流电源装置时,并非技术等级越高价格越贵越好。目前高频开关电源在原理上已很成熟,只要选择具有稳定运行经验的产品就可以满足要求。
  直流系统相同产品价格差异很大的主要原因是高频开关电源模块的生产成本不同,主要表现为所用材料的差异,如有进口元件和国产元件之分;还有所用模块的输出电流大小,也会在价格上产生很大差异,模块输出电流小,配的模块数就多,可靠性虽高,但成本增加。免维护蓄电池并不是不需维护,其既然属铅酸电池,那么对铅酸蓄电池的维护要求都适用于免维护蓄电池。否则将会直接影响到电池的使用寿命,如果维护、管理不到位还会给电厂运行带来安全隐患。八、调速器的选型 
  目前,除小型调速器还有机械液压的调速器在生产外,大、中型一般都是以微机调速器产品为主。调速器产品的生产特点属单台小批量生产,形成一定生产规模的厂家不多,生产专业化程度较低。由于一些设计人员不切实际地片面追求设备的高配置,在中、小调速器设备的选型中盲目攀比大型及巨型机组调速器配置。
  微机调速器的技术已十分成熟,各厂的产品在技术上差别不大。而且调速器的生产厂家大都只生产电气柜部分,液压部分一般是外协。所以,用于农村水电厂的微机调速器,只有产品加工质量的差别,没有实质的技术差异。
  微机调速器电控部分有工控机、PLC(PPC)和单片机三种形式。目前市场上广泛使用的是PLC型。但是资料标明:调速器中含有PLC调节器对调速器动态性能指标之一的接力器不动时间Tq和甩满负荷后的调节时间TP都偏大,而采用性能档次高的MC(微机)调节器,其Tq、TP值会小的多。
  调速器的调速功与水轮机转轮直径有关,所用油压一般为63KG,称为常油压。最近几年在大、中型调速器广泛采用100KG以上的高油压,小型调速器也在逐步采用高油压。
九、励磁装置的选型 
  国去的励磁调节器采用的是以晶体管为主的分离元件组成的半导体励磁调节器(模拟励磁调节器),现在励磁调节器则都采用以计算机为核心的微机励磁调节器(数字励磁调节器)。在数字式励磁调节器问世以前,模拟励磁调节器已基本上能满足目前电力系统的要求,其性能已十分稳定,故障率很低。缺点是半导体励磁调节器的各项功能是靠硬件来实现的,每增加一项功能就得增加一套硬件。
  微机励磁调节器的种类很多,有工控机的、单片机的,还有PLC的。不管那一种对于农村水电厂都能满足要求,现在在农村水电厂使用较多的是PLC励磁调节器,采用PLC主要是看中了PLC本身的高可靠性,可以减少将来设备生产厂家的现场维护工作,在很多参数和性能上PLC励磁调节器不如工控机和单片机励磁调节器。农村水电厂交通不便,电网对其指标要求也不高,选择PLC励磁调节器还是合适的。
十、数字式自动准同期装置
  水电厂目前采用的数字式自动准同期设备有高、中、低三种档次产品,他们之间的主要差异在功能,但价格却相差好几万,价格高的产品最低也要二万多一台。实际上在农村水电厂采用中、低档产品就足以满足并网发电的要求,而且有的只要几千元就可以解决。
十一、农村水电厂监控设备的生命周期
  受IT行业产品更新换代快的影响,农村水电厂监控设备和智能装置的使用寿命都有一定生命周期,一种是物理上的使用寿命,即设备不能再使用了;另一种是道义上的使用寿命,即再使用已不合算了,或买不到配件,或维修成本太高。道义上的使用寿命比物理上的使用寿命要短很多。具资料统计,国外水电厂监控设备道义上的使用寿命大约为十到十五年,国内水电厂监控设备道义上的使用寿命大约为五到八年,如果采用的是专用高挡的IT设备,其道义上的使用寿命会更短,如果采用的是通用的普通IT设备则会长一些。
十二、低压机组控制、调节设备。
  2003年,水利部颁布了《农村水电技术现代化指导意见》水电[2003]170号文。要求农村水电行业在2015年前全面实现现代化。要通过科技创新,管理创新,使农村水电市场竞争力明显提高。要实现水利部水电[2003]170号文提出的发展总体目标,很重要的一环就是要解决如何实现低压机组水电站现代化。
  由于低压机组水电站自动控制设备的利润率很低,自动化设备生产厂家大都不愿意对其投入研发力量,多少年来都是由主机设备生产厂家配套,只到现在,低压机组水电站自动控制设备还是以常规控制为主。虽然近几年自动化控制设备生产厂家做了一些微机低压机组控制设备产品,那也只是将高压机组的微机监控设备稍加简化后用于低压机组,造成监控设备价格始终居高不下,影响了用户的使用热情。针对我国低压机组水电站普遍存在技术装备落后、自动化程度低,运行人员的劳动强度大、事故频繁、生产效率低下,电能质量极不稳定的特点。
  国内已有少数自动化厂家推出了几款专门针对低压机组的微机自动控制设备,除此之外,加拿大Powerbase的产品在我国低压机组水电站也有良好的表现。国内的低压机组微机自动控制设备都是按减少低压机组水电站控制设备配置的设计思路进行设计,尽量使设备的结构模块化、一体化,以达到在减少投资的前提下实现高度自动化目的。

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