Auswahl der Messgerätekonfiguration für Wasserkraftwerke und Energiemanagementsystem der Anlage

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Acrel Co., Ltd.

NB/T 10861-2021 „Konstruktionsspezifikation für die Konfiguration von Messgeräten in Wasserkraftwerken“ enthält detaillierte Anforderungen und Richtlinien für die Konfiguration von Messgeräten in Wasserkraftwerken. Messgeräte sind ein wichtiger Bestandteil der Betriebsüberwachung von Wasserkraftwerken. Die Messung von Wasserkraftwerken wird hauptsächlich in elektrische und nichtelektrische Messungen unterteilt. Unter elektrischer Messung versteht man die Messung elektrischer Echtzeitparameter mittels Elektrizität, einschließlich Stromstärke, Spannung, Frequenz, Leistungsfaktor, Wirk-/Blindleistung, Wirk-/Blindenergie usw.; nichtelektrische Messung bezeichnet die Verwendung von Transmittern zur Umwandlung nichtelektrischer Signale in 4–20 mA oder 0–5 V, einschließlich Temperatur, Geschwindigkeit, Druck, Flüssigkeitsstand, Öffnung usw. Dieser Aufsatz befasst sich ausschließlich mit den Messgeräten und dem Stromverbrauchsmanagementsystem von Wasserkraftwerken gemäß der Norm und nicht mit der Mikrocomputerschutzkonfiguration von Wasserkraftwerken.

1.Allgemeine Bestimmungen

1.0.1 Diese Spezifikation dient dazu, die Konfigurationsgestaltung von Messgeräten in Wasserkraftwerken zu standardisieren, den langfristigen, sicheren und stabilen Betrieb von Wasserkraftwerken sicherzustellen und den umfassenden wirtschaftlichen Nutzen von Wasserkraftwerken insgesamt zu verbessern.

1.0.2 Diese Spezifikation gilt für die Auslegung von Messgeräten für neu gebaute, umgebaute und erweiterte Wasserkraftwerke.

1.0.3 Bei der Konfigurationsgestaltung von Messgeräten in Wasserkraftwerken sollten neue Technologien und Produkte, die die Bewertung bestanden haben, aktiv berücksichtigt werden.

1.0.4 Die Konfiguration und Konstruktion der Messgeräte in Wasserkraftwerken muss den Anforderungen des Stromsystems hinsichtlich der Menge der im Kraftwerk erfassten Informationen und der Methode der Informationserfassung entsprechen.

1.0.5 Die Konfiguration der Messgeräte in Wasserkraftwerken muss nicht nur diesem Code entsprechen, sondern auch den aktuellen relevanten nationalen Normen entsprechen.

2.Terminologie

2.0.1 Elektrische Messung

Messung elektrischer Echtzeitparameter mittels Strom.

2.0.2 Energiemessung

Messung elektrischer Energieparameter.

2.0.3 Allgemeines elektrisches Messgerät

In Wasserkraftwerken werden häufig Zeigerzähler, Digitalzähler usw. verwendet.

2.0.4 Zeigermessgerät

Entsprechend der Beziehung zwischen Zeiger und Skala wird der Messwert des Messgeräts angezeigt.

2.0.5 Digitalmessgerät

Im Display lässt sich digital direkt der Messwert des Messgerätes anzeigen.

2.0.6 Wattstundenzähler

Ein Instrument, das aktive und/oder reaktive elektrische Energiedaten misst.

2.0.7 Intelligentes AC-Probenahmegerät

Abtastung der Wechselstromfrequenzleistung, direkt an die Datenverarbeitungseinheit zur Verarbeitung, um Spannung, Strom, Wirkleistung, Blindleistung, Leistungsfaktor, Frequenz, Wirkleistung, Blindleistung und andere Parameter abzurufen und über die Standardkommunikationsschnittstelle ein multifunktionales intelligentes Messgerät auszugeben.

2.0.8 Wandler

Gemessen werden kann durch die Umwandlung von Gleichstrom, Gleichspannung oder digitalem Signalgerät.

2.0.9 Genauigkeitsklasse des Messgeräts

Messgeräte und/oder Zubehör müssen bestimmte Messanforderungen erfüllen und so konzipiert sein, dass die zulässigen Fehler und Änderungen innerhalb der angegebenen Grenzwerte liegen.

2.0.10 Automatisierungskomponenten

Komponenten und/oder Geräte zur Zustandsdatenüberwachung, Maßnahmenausführung in Wasserkraftwerken.

2.0.11 Nichtelektrische Messungen

Messung von Temperatur, Druck, Geschwindigkeit, Verschiebung, Durchfluss, Füllstand, Vibration, Pendel und anderen nichtelektrischen Echtzeitparametern.

3.Elektrische Messung und Leistungsmessung

Zu den elektrischen Messobjekten zählen Wasserkraftgenerator/Generatormotor, Haupttransformator, Leitung, Bus, Anlagentransformator, Gleichstromsystem usw. Abbildung 1 ist ein schematisches Diagramm der elektrischen Verkabelung des Wasserkraftwerks und zeigt die elektrische Verkabelung des Wasserkraftgeneratorsatzes, des Haupttransformators, der Leitung und des Anlagenleistungstransformators.

Abb. 1 Schematische Darstellung der elektrischen Verkabelung eines Wasserkraftwerks

3.1 Elektrische Messung und elektrische Energiezählung von Wasserkraftgeneratoren/Generatormotoren

3.1.2 Das statische Startgerät mit variabler Frequenz des Generatormotors sollte die folgenden Punkte messen.

3.1.3 Der Wasserkraftgenerator/Generatormotor muss die elektrische Wirk- und Blindleistung messen. Ein Wasserkraftgenerator, der mit Phasenmodulation betrieben werden kann, muss die Wirkleistung in beide Richtungen messen; ein Wasserkraftgenerator, der mit Phasenverschiebung betrieben werden kann, muss die Blindleistung in beide Richtungen messen; ein Generatormotor muss die Wirkleistung und die Blindleistung in beide Richtungen messen.

3.1.4 Bei Wasserkraftgeneratoren, die mit Phasenmodulation betrieben werden können, muss die Wirkleistung in beide Richtungen gemessen werden; bei Wasserkraftgeneratoren, die mit Phasenvorlauf betrieben werden können, muss die Leistung in beide Richtungen gemessen werden. Bei Generatormotoren sollten Wirkleistung und Blindleistung in beide Richtungen gemessen werden.

3.1.5 Bei der Messung des Wirkleistungswinkels des Stromsystems sollte der Leistungswinkel des Generators gemessen werden.

3.1.6 Auf der Hochspannungsseite des Erregertransformators sollten der Dreiphasenstrom, die Wirkleistung und die Blindleistung gemessen werden.

Die Überwachungskonfiguration des Wasserkraftgenerators und des Erregertransformators ist in Abb. 2 dargestellt, die Geräteauswahl in Abb. 1.

Abb. 2 Elektrische Messanordnung des Hydrogenerators

Tabelle 1 Überwachung der Auswahl von Hydrogenerator und Erregertransformator

3.2 Elektrische Messung und elektrische Energiemessung des Boost- und Sendesystems

3.2.1 Die Mess- und Leistungszähleinrichtungen des Haupttransformators müssen die folgenden Anforderungen erfüllen:

1 Doppelwicklungstransformatoren sollten den Dreiphasenstrom, die Wirkleistung und die Blindleistung auf der Hochspannungsseite messen, und eine Seite des Transformators sollte Wirkenergie und Blindenergie messen.

2 Dreiwicklungstransformatoren oder Spartransformatoren messen dreiseitig den Drehstrom, die Wirkleistung und die Blindleistung sowie die Wirkenergie und Blindenergie auf drei Seiten. Die gemeinsame Wicklung des Spartransformators misst den Drehstrom.

3 Wenn die Erzeugungseinheit als Einheit verdrahtet ist, der Generator jedoch über einen Leistungsschalter verfügt, sollten die Leitungsspannung auf der Niederspannungsseite und die Dreiphasenspannung gemessen werden.

4 Wirkleistung und Blindleistung sollten auf beiden Seiten des Kontakttransformators gemessen werden, und Wirkenergie und Blindenergie sollten gemessen werden.

5 Wenn es möglich ist, Leistung zu senden und zu empfangen, sollte die Wirkleistung in beide Richtungen gemessen werden und die Wirkenergie in beide Richtungen gemessen werden; wenn es möglich ist, mit Phasenverzögerung und Phasenvorlauf zu laufen, sollte die Blindleistung in beide Richtungen gemessen werden und die Blindenergie in beide Richtungen gemessen werden.

Abb. 3 Elektrische Messanordnung des Haupttransformators im Wasserkraftwerk

Tabelle 2 Auswahl der Haupttransformatorüberwachung

3.2.2 Linienmesselemente müssen die folgenden Anforderungen erfüllen:

1 Leitungen mit 6,3 kV bis 66 kV sollten einphasigen Strom messen, und wenn die Bedingungen es erlauben, kann auch zweiphasiger oder dreiphasiger Strom gemessen werden.

2 35-kV- und 66-kV-Leitungen sollten die Wirkleistung messen, und 6,3-kV- bis 66-kV-Leitungen können, wenn die Bedingungen dies zulassen, auch die Wirkleistung und die Blindleistung messen.

3 Leitungen mit 110 kV und mehr sollten Dreiphasenstrom, Wirkleistung und Blindleistung messen.

4 Leitungen mit 6,3 kV und mehr sollten Wirkenergie und Blindenergie messen.

5 Wenn die Leitung voraussichtlich Strom überträgt und empfängt, sollte die Wirkleistung in beide Richtungen gemessen werden und die Wirkenergie in beide Richtungen gemessen werden.

6 Wenn die Leitung mit einer Phasenverzögerung oder einer Phasenvoreilung verlaufen kann, sollte die Blindleistung in beiden Richtungen gemessen werden und die Blindenergie in beiden Richtungen gemessen werden.

7 Wenn es das Stromnetz erfordert, sollte der Leistungswinkel der Leitung für die Leitung der Hochsetzstelle gemessen werden.

Abb. 4 Elektrische Messanordnung für Wasserkraftwerksleitungen

Tabelle 3 Auswahl der Leitungsmessung

3.2.3 Sammelschienen-Messobjekte müssen die folgenden Anforderungen erfüllen:

1 Bei Sammelschienen mit Generatorspannungen von 6,3 kV und mehr sowie bei Sammelschienen mit 35 kV und 66 kV sollten die Sammelschienenspannung und -frequenz gemessen und gleichzeitig die Dreiphasenspannung gemessen werden.

2 Busse mit 110 kV und mehr sollten drei Leitungsspannungen und Frequenzen messen.

3 Sammelschienen-Trennschalter, Sammelschienenabschnittsschalter, innere Brückenschalter und äußere Brückenschalter mit 6,3 kV und mehr sollten Wechselstrom messen, und 110 kV und mehr sollten Dreiphasenstrom messen.

4 Für jeden Leistungsschalterkreis mit 3/2-Verdrahtung, 4/3-Verdrahtung und Eckverdrahtung sollte der Dreiphasenstrom gemessen werden.

5 Bypass-Leistungsschalter, Sammelschienen- oder Abschnitts- und Bypass-Leistungsschalter sowie äußere Brückenleistungsschalter mit 35 kV und mehr sollten Wirkleistung und Blindleistung sowie Wirkenergie und Blindenergie messen. Wenn Leistung gesendet und empfangen werden kann, sollte die Wirkleistung in beide Richtungen gemessen werden und die Wirkenergie in beide Richtungen gemessen werden; bei Phasenverzögerungs- und Phasenvorlaufbetrieb sollte die Blindleistung in beide Richtungen gemessen werden und die Blindenergie in beide Richtungen gemessen werden.

Abb. 5 Elektrische Messanordnung der Sammelschiene im Wasserkraftwerk

Tabelle 4 Auswahl der Busmessung

3.2.4 Dreiphasenstrom und Blindleistung sollten für Shunt-Reaktorgruppen ab 110 kV gemessen werden, und die Blindenergie sollte gemessen werden. Shunt-Reaktorschaltungen von 6,3 kV bis 66 kV sollten Wechselstrom messen.

Tabelle 5 Auswahl der Reaktormessung

3.3 Elektrische Messung und Energiezählung des Kraftwerksstromsystems

3.3.1 Wechselstrom, Wirkleistung und Wirkenergie sollten auf der Hochspannungsseite des Fabriktransformators gemessen werden. Wenn die Messbedingungen auf der Hochspannungsseite nicht gegeben sind, kann die Messung auf der Niederspannungsseite erfolgen.

3.3.2 Die Wechselspannung sollte für die Betriebssammelschiene der Fabrikelektrizität gemessen werden. Wenn der Sternpunkt nicht effektiv geerdet ist,

Außenleiter- und Dreiphasenspannungen; wenn der Neutralleiter wirksam geerdet ist, müssen drei Außenleiterspannungen gemessen werden.

3.3.3 Für die Stromversorgungsleitungen im Fabrikbereich sollte der Dreiphasenstrom gemessen werden, und die Wirkenergie kann entsprechend den Anforderungen der elektrischen Energiemessung gemessen werden.

3.3.4 Der Dreiphasenstrom sollte für Netztransformatoren mit Beleuchtungslasten ab 50 kVA gemessen werden.

3.3.5 Der Einphasenstrom sollte mindestens für den Motorstromkreis ab 55 kW gemessen werden.

3.3.6 Wenn die Niederspannungsseite des Fabrikleistungstransformators ein 0,4-kV-Dreiphasen-Vierleitersystem ist, sollte der Dreiphasenstrom gemessen werden.

3.3.7 Der Streckenschutzschalter für die Werksstromversorgung muss einphasigen Strom messen.

3.3.8 Dieselgeneratoren sollten Dreiphasenstrom, Dreiphasenspannung, Wirkleistung und Wirkenergie messen.

Abb. 6 Elektrische Messkonfiguration des Versorgungsnetzes eines Wasserkraftwerks

Tabelle 6 Auswahl der elektrischen Messkonfiguration für das Kraftwerksstromversorgungssystem

3.4 Elektrische Messung des Gleichstromsystems

3.4.1 Das Gleichstromversorgungssystem muss die folgenden Punkte messen:

1 DC-Systembusspannung ohne Abwärtswandler.

2 DC-System-Schließbusspannung und Steuerbusspannung mit Abwärtswandler.

3 Das Ladegerät gibt Spannung und Strom aus.

4 Spannung und Strom des Batteriepacks.

3.4.2 Der Batteriekreis sollte den Erhaltungsladestrom messen.

3.4.3 Bei Verwendung einer fest eingebauten, ventilgeregelten Blei-Säure-Batterie empfiehlt es sich, die Spannung einer einzelnen Batterie oder einer zusammengesetzten Batterie durch Inspektion zu messen.

3.4.4 Der Gleichstromverteilerschrank sollte die Busspannung messen.

3.4.5 Der Isolationstest des Gleichstrombusses muss den einschlägigen Bestimmungen des aktuellen Industriestandards „Code for Design of DC Power Supply System in Hydroelectric power Plants“ NB/T 10606 entsprechen.

3.4.6 Wenn das Gleichstromsystem mit einem Mikrocomputer-Überwachungsgerät ausgestattet ist, können mit herkömmlichen Instrumenten nur die Gleichstrom-Busspannung und die Batteriespannung gemessen werden.

3.5 Elektrische Messungen bei unterbrechungsfreien Stromversorgungssystemen (USV)

3.5.1 UPS sollte die folgenden Punkte messen:

1 Ausgangsspannung.

2 Ausgangsfrequenz.

3 Ausgangsleistung oder -strom.

3.5.2 Der USV-Hauptverteilerschrank sollte den Eingangsstrom, die Busspannung und