安科瑞　马香霞

安科瑞电气股份有限公司 201801

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用电管理系统，不涉及水电厂的微机保护配置等。

1. 2.0.1 电气测量 electrical measuring

用电的方式对电气实时参数进行测量。

2.0.2 电能计量 energy metering

对电能参数进行的计量。

2.0.3 常用测量仪表 general electrical measuring meter

水力发电厂经常使用的指针式仪表、数字式仪表等。

2.0.4 指针式仪表 pointer-type meter

按指针与标度尺之间的关系指示被测量值的仪表。

2.0.5 数字式仪表 digital-type meter

在显示器上能用数字直接显示被测量值的仪表。

2.0.6 电能表 watt-hour meter

计量有功和/或无功电能数据的仪器。

2.0.7交流采样电量综合测量仪表intelligent AC sampling device

对交流工频电量直接采样，直接送到数据处理单元进行处理后得到电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电能、无功电能等参数，并能通过标准通信接口输出的多功能智能仪表。

2.0.8 变送器 transducer

被测量转换为直流电流、直流电压或数字信号的装置。

2.0.9 仪表准确度等级 measuring instrument accuracy class

满足旨在保证允许误差和改变極在规定限值内的一定计量要求的测量仪表和/或附件的级别。

2.0.10 自动化元件 automatic control componcius

用于水力发电厂状态数据监测、动作执行的元件和/或装置。

2.0.11 非电量测量 non-electricity measuring

对温度、压力、转速、位移、liuliang、液位、振动、摆度等非电气量的实时参数进行的测量。

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

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。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

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。

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

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。

图4 水力发电厂线路电气测量配置

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。

图5 水力发电厂母线电气测量配置

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。6.3 kV~66 kV并联电抗器回路应测量交流电流。

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

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。

图7 直流系统及蓄电池电气测量

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：

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zhonggong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*低要求应符合表3.6.9-1的规定。

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*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*低要求应符合表3.6.9-2的规定。

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。

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完全星形接线方式。

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完全星形接线方式时，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*小截面不应小于2.5mm²。

4.2.14机组附属设备和全厂公用设备非中量测量仪表配置原则和选型要求应符

合下列规定:

1配置原则应满足下列要求:

1）对于为控制提供反馈量的同一非电量项目，开关量和模拟量测量宜分别配置测量元件。

2）用于越限报警的项目，可选用开关量型仪表或开关量加显示型仪表直接测量，也可通过模拟量实现。

3）模拟量测量应选用相应的压力、液位、温度、liuliang等变送器直接测量。

2选型要求应符合下列规定：

1）非电量变送器输出信号宜选择4 mA~20 mA DC型式，在输出4 mA~20 mA DC信号时，其负载电阻不应小于500Ω,测量精度不宜小于0.2 级。

2）开关量测量仪表输出宜选择继电器接点输出型。

4.3.8 GIL电气设备应配置按气隔要求的压力测量装置，压力测量装置应具有显示、报警功能和对外输出接口。

4.3.9对于220kV及以上电缆，宜装设分布式光纤测温在线监测装置，装置应具有显示、报警功能和对外输出接口

4.4闸门及启闭机非电量测量

4.4.1固定式卷扬启闭机测量项目应符合下列规定：

1闸门开度测量应配置闸门开度传感器，传感器宜选择juedui值型旋转编码器；配置相应的开度显示仪，在现地显示闸门开度，能输出4 mA~20 mA DC闸门开度模拟量信号及闸门位置升关量接点，对于有任意升度要求的闸门，开度显示仪还应具有闸门开度预置的功能；对于闸门现地控制系统由自动控制器完成，且设有人机界面时，也可不设开度显示仪，开度传感器的输出信号可直接送入现地控制系统的自动控制器，闸门开度预置的功能可通过人机界面完成；另外应配置闸门开度机械限位装置，该机械限位装置应送出2个独立无源接点信号分别代 表闸门上、下开度限位值。

2启闭机荷重测量应配置荷重传感器，荷重传感器的数量可根据闸门的吊点数量确定，荷重传感器的输出信号可送入荷重仪也可直接送入现地控制系统的自动控制器。

4.4.2液压启闭机测量项目应符合下列规定：

1闸门开度测量应按照本规范第4.4.1条中第1款的规定执行。

2对于有平压提门耍求的闸门应进行闸门前后平压测量，并输岀平压接点。

3对液压启闭机液压系统的泵站及其液压管路应进行压力、温度、液位等非电量信号的检测，应満足液压启闭机自动控制和实时监测的要求，液压启闭机泵站及其液压管路系统的非电量检测应根据各自的具体情况和厂家资料进行设计。

4.5.2 全厂水力监测系统设备配置及选型应符合下列规定:

1 上库、下库的每个水位测点宜釆用双重检测方式，上游、下游的每个水位测点可采用双重检测方式。

2当实际水位变幅不大于10m时，码盘传感器和压力变送器的测量方式可任选一种；当实际水位变幅大于10m时，宜选择码盘传感器的测量方式。

3调压室水位测点的测量检测元件不宜选用浮子传动式码盘传感器，宜选用非接触式传感器或其他型式的变送器。

4单独设置的集中监测装置应选用工控机或可编程逻辑控制器(PLC)作为系统主机，并配置触摸屏等人机联系终端设备。集中监测装置输出的水位、水头模拟量信号的数量和型式应满足电站计算监控系统、电站其他自动化设备以及水情调度远动设备的要求。

5现地检测元件与监测装置之间的数据传输通道应根据距离远近、通道实施的难易程度等具体条件进行选择，可选择的通道主要包括电缆通道、光纤通道和无线通道。当坝区与厂房区之间距离超过3km且无法敷设专用光缆时，可选择电站通信用光缆的独立光芯作为传输通道，此时全厂水力监测系统在坝区需配制相应的光传输设备。若电站调压室与电站厂房之间难以实现有线传输，可采用无线数据传输通道。

4.5.3全厂水力监测系统的主要性能应符合下列规定:

1水位测量分辨率不应低于1cm。

2上游水位/上库水位、下游水位/下库水位测量误差不应大于0.2%；其他水位测量误差不应大于0.5%。

3调压室水位测量频率影响范围应满足调压室水位暂态过程的要求。

表9 非电量测量装置选型

1. 厂用电管理系统

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。

1. 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。

1. 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*大、*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。

1. 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。

1. 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。

1. 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。

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