Die Norm NB/T 10861-2021 „Designspezifikation 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 Messungen in Wasserkraftwerken lassen sich im Wesentlichen in elektrische und nicht-elektrische Größenmessungen unterteilen. Elektrische Messungen umfassen die Messung elektrischer Echtzeitparameter mittels elektrischer Signale, darunter Stromstärke, Spannung, Frequenz, Leistungsfaktor, Wirk-/Blindleistung und Wirk-/Blindenergie. Nicht-elektrische Messungen umfassen die Verwendung von Messumformern zur Umwandlung von nicht-elektrischen Signalen (4–20 mA oder 0–5 V) wie Temperatur, Drehzahl, Druck, Füllstand und Öffnungsparameter. Dieser Artikel behandelt ausschließlich die Messgeräte und das Energiemanagementsystem von Wasserkraftwerken gemäß der Norm und geht nicht auf die Konfiguration der Mikrocomputer-Schutzsysteme ein.
1. Allgemeine Bestimmungen
1.0.1 Diese Spezifikation dient der Standardisierung der Konfigurationsgestaltung von Messgeräten in Wasserkraftwerken, der Gewährleistung eines langfristigen, sicheren und stabilen Betriebs der Wasserkraftwerke und der Verbesserung des gesamten wirtschaftlichen Nutzens der Wasserkraftwerke.
1.0.2 Diese Spezifikation ist für die Konfigurationsauslegung von Messgeräten für neu gebaute, umgebaute und erweiterte Wasserkraftwerke anwendbar.
1.0.3 Bei der Konfigurationsgestaltung von Messgeräten in Wasserkraftwerken sollten aktiv neue Technologien und Produkte, die die Bewertung bestanden haben, berücksichtigt werden.
1.0.4 Die Konfiguration und Auslegung 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 Auslegung der Messgeräte in Wasserkraftwerken muss nicht nur diesem Regelwerk entsprechen, sondern auch den jeweils geltenden nationalen Normen genügen.
2. Terminologie
2.0.1 Elektrische Messung
Messung elektrischer Echtzeitparameter mittels Elektrizität.
2.0.2 Energiemessung
Messung von Parametern der elektrischen Energie.
2.0.3 Allgemeines elektrisches Messgerät
Wasserkraftwerke verwenden häufig Zeigerzähler, digitale Zähler usw.
2.0.4 Zeigermessgerät
Gemäß dem Verhältnis zwischen Zeiger und Skala zur Anzeige des Messwerts des Messgeräts.
2.0.5 Digitales Messgerät
Im Display kann der Messwert des Messgeräts direkt digital angezeigt werden.
2.0.6 Wattstundenzähler
Ein Instrument zur Messung von Wirk- und/oder Blindenergiedaten.
2.0.7 Intelligentes Wechselstrom-Probenahmegerät
Die Wechselstromfrequenz-Leistungsabtastung erfolgt direkt an die Datenverarbeitungseinheit zur Ermittlung von Spannung, Strom, Wirkleistung, Blindleistung, Leistungsfaktor, Frequenz, Wirkleistung, Blindleistung und anderen Parametern. Die Ausgabe erfolgt über die Standard-Kommunikationsschnittstelle an einen multifunktionalen intelligenten Zähler.
2.0.8 Wandler
Die Messung erfolgt durch die Umwandlung von Gleichstrom, Gleichspannung oder digitalen Signalen.
2.0.9 Genauigkeitsklasse des Messgeräts
Messgeräte und/oder Zubehör zur Erfüllung bestimmter Messanforderungen, die so ausgelegt sind, dass der zulässige Fehler und die Änderung extrem innerhalb der vorgegebenen Grenzen des Niveaus liegen.
2.0.10 Automatisierungskomponenten
Komponenten und/oder Geräte zur Zustandsüberwachung und Aktionsausführung in Wasserkraftwerken.
2.0.11 Nichtelektrische Messung
Messung von Temperatur, Druck, Geschwindigkeit, Verschiebung, Durchfluss, Füllstand, Vibration, Pendelbewegung und anderen nichtelektrischen Echtzeitparametern.
3. Elektrische Messung und Leistungsmessung
Zu den elektrischen Messobjekten gehören Wasserkraftgeneratoren/Generatormotoren, Haupttransformator, Leitungen, Sammelschienen, Anlagentransformatoren, Gleichstromsysteme usw. Abbildung 1 ist ein schematisches Diagramm der elektrischen Verdrahtung des Wasserkraftwerks und zeigt die elektrische Verdrahtung des Wasserkraftgeneratorsatzes, des Haupttransformators, der Leitungen und des Anlagentransformators.
Abb. 1 Schematische Darstellung der elektrischen Verkabelung eines Wasserkraftwerks
3.1 Elektrische Messung und elektrische Energiemessung von Wasserkraftgeneratoren/Generatormotoren.
3.1.2 Die statische Anlaufvorrichtung für variable Frequenz des Generatormotors sollte folgende Größen messen.
3.1.3 Der Wasserkraftgenerator/Generatormotor muss die Wirk- und Blindleistung messen. Ein Wasserkraftgenerator, der im Phasenmodulationsbetrieb arbeiten kann, muss die bidirektionale Wirkleistung messen; ein Wasserkraftgenerator, der im Phasenvorlaufbetrieb arbeiten kann, muss die bidirektionale Blindleistung messen; ein Generatormotor muss sowohl die bidirektionale Wirk- als auch die bidirektionale Blindleistung messen.
3.1.4 Bei Wasserkraftgeneratoren, die im Phasenmodulationsbetrieb betrieben werden können, ist die Wirkleistung in beiden Richtungen zu messen; bei Wasserkraftgeneratoren, die im Phasenvorlaufbetrieb betrieben werden können, ist die Leistung in beiden Richtungen zu messen. Generatormotoren sollten Wirk- und Blindleistung in beiden Richtungen messen.
3.1.5 Bei der Messung des Wirkleistungswinkels des Stromversorgungssystems sollte der Leistungswinkel des Generators gemessen werden.
3.1.6 Auf der Hochspannungsseite des Erregertransformators sollten der dreiphasige Strom, die Wirkleistung und die Blindleistung gemessen werden.
Die Überwachungskonfiguration des Wasserkraftgenerators und des Erregertransformators ist in Abb. 2 dargestellt, die Geräteauswahl in Abb. 1.
| Name | Bild | Modell | Funktion | Anwendung |
| Umfassendes Messgerät für Wechselstrom-Abtastleistung |  | APM520 | Dreiphasenstrom, Leiterspannung/Dreiphasen-Phasenspannung, bidirektionale Wirk-/Blindleistung, bidirektionale Wirk-/Blindenergie, Leistungsfaktor, Frequenz, Oberschwingungsanteil, Spannungsdurchlassstatistik, RS485/Modbus-RTU-Schnittstelle | Elektrische Überwachung von Generatoren und Erregertransformatoren |
| Umfassendes Messgerät für Gleichstrom-Abtastleistung |  | PZ96L-DE | Messen Sie die Erregerspannung, den Erregerstrom usw. im Erregersystem; dieses ist mit Hall-Sensoren ausgestattet. | Erregerstrom, Spannungsmessung |
 | DJSF1352-RN | |||
| Hall-Sensor |  | AHKC-EKAA | Misst Gleichstrom von 0 bis (5–500) A, gibt Gleichstrom von 4–20 mA aus und ist mit einer 12/24-V-Gleichstromversorgung kompatibel. | Erregerstromsensor |
Tabelle 1 Überwachung der Auswahl von Wasserkraftgenerator und Erregertransformator
3.2 Elektrische Messung und elektrische Energiemessung des Booster- und Sendesystems
3.2.1 Die Mess- und Leistungsmessgeräte des Haupttransformators müssen folgende Anforderungen erfüllen:
1 Bei Transformatoren mit zwei Wicklungen sollten auf der Hochspannungsseite der Dreiphasenstrom, die Wirkleistung und die Blindleistung gemessen werden, während auf der anderen Seite des Transformators die Wirkenergie und die Blindenergie gemessen werden sollten.
2. Dreiwicklungstransformatoren oder Spartransformatoren sollten den dreiphasigen Dreiphasenstrom, die Wirkleistung und die Blindleistung auf allen drei Seiten messen und die Wirk- und Blindenergie auf allen drei Seiten erfassen. Die gemeinsame Wicklung des Spartransformators sollte den Dreiphasenstrom messen.
3 Wenn die Generatoreinheit als Einheit verdrahtet ist, der Generator aber über einen Leistungsschalter verfügt, sollten die Niederspannungsseite und die Dreiphasenspannung gemessen werden.
4. Wirkleistung und Blindleistung sollten auf beiden Seiten des Kontakttransformators gemessen werden, ebenso wie Wirkenergie und Blindenergie.
5 Wenn es möglich ist, Leistung zu senden und zu empfangen, sollten die Wirkleistung in beide Richtungen und die Wirkenergie in beide Richtungen gemessen werden; wenn es möglich ist, mit Phasenverzögerung und Phasenvorlauf zu arbeiten, sollten die Blindleistung in beide Richtungen und die Blindenergie in beide Richtungen gemessen werden.
Abb. 3 Elektrische Messkonfiguration des Haupttransformators im Wasserkraftwerk
| Name | Bild | Modell | Funktion | Anwendung |
| Umfassendes Messgerät für Wechselstrom-Abtastleistung | | APM520 | Dreiphasenstrom, Leiterspannung/Dreiphasen-Phasenspannung, bidirektionale Wirk-/Blindleistung, bidirektionale Wirk-/Blindenergie, Leistungsfaktor, Frequenz, Oberschwingungsanteil, Spannungsdurchlassstatistik, RS485/Modbus-RTU-Schnittstelle | Messung der Hoch- und Niederspannungsseite des Haupttransformators |
Tabelle 2 Auswahl der Haupttransformatorüberwachung
3.2.2 Linienmessgeräte müssen folgende Anforderungen erfüllen:
Bei Leitungen mit einer Spannung von 6,3 kV bis 66 kV sollte der Strom einphasig gemessen werden. Wenn die Bedingungen dies zulassen, kann auch der Strom zweiphasig oder dreiphasig gemessen werden.
Bei 35-kV- und 66-kV-Leitungen sollte die Wirkleistung gemessen werden, und bei 6,3-kV- bis 66-kV-Leitungen kann, sofern die Bedingungen dies zulassen, auch die Wirk- und Blindleistung gemessen werden.
Bei Leitungen mit einer Spannung von 110 kV und darüber sollten der dreiphasige Strom, die Wirkleistung und die Blindleistung gemessen werden.
4. Bei Leitungen mit einer Spannung von 6,3 kV und darüber sollten die Wirk- und Blindenergie gemessen werden.
5 Wenn die Leitung voraussichtlich Leistung senden und empfangen wird, sollten die Wirkleistung in beiden Richtungen und die Wirkenergie in beiden Richtungen gemessen werden.
6 Wenn die Leitung mit einer Phasenverzögerung oder einer Phasenbeschleunigung betrieben werden kann, sollten die Blindleistung in beiden Richtungen und die Blindenergie in beiden Richtungen gemessen werden.
7. Sofern vom Stromversorgungssystem erforderlich, sollte der Leistungswinkel der Leitung für die Leitung der Aufwärtsstation gemessen werden.
Abb. 4 Elektrische Messkonfiguration für Wasserkraftwerksleitungen
| Name | Bild | Modell | Funktion | Anwendung |
| Umfassendes Messgerät für Wechselstrom-Abtastleistung |  | APM520 | Dreiphasenstrom, Leiterspannung/Dreiphasen-Phasenspannung, bidirektionale Wirk-/Blindleistung, bidirektionale Wirk-/Blindenergie, Leistungsfaktor, Frequenz, Oberschwingungsanteil, Spannungsdurchlassstatistik, RS485/Modbus-RTU-Schnittstelle | 6,3 kV bis 110 kV Leitungsmessung |
Tabelle 3 Auswahl der Linienmessung
3.2.3 Messelemente für Stromschienen müssen folgende Anforderungen erfüllen:
Bei Generatorspannungssammelschienen ab 6,3 kV sowie bei 35 kV und 66 kV Sammelschienen sollten die Sammelschienenspannung und -frequenz sowie die dreiphasige Spannung gemessen werden.
Bei 110-kV-Bussen und darüber sollten drei Leitungsspannungen und -frequenzen gemessen werden.
Bei 6,3 kV und darüber liegenden Bus-Verbindungsschaltern, Bus-Abschnittsschaltern, inneren Brückenschaltern und äußeren Brückenschaltern sollte Wechselstrom gemessen werden, bei 110 kV und darüber sollte Dreiphasenstrom gemessen werden.
4. Der Dreiphasenstrom sollte für jeden Leitungsschutzschalterkreis bei 3/2-Verdrahtung, 4/3-Verdrahtung und Eckverdrahtung gemessen werden.
5 Bypass-Leistungsschalter, Sammelschienen- oder Abschnitts-Bypass-Leistungsschalter sowie äußere Brückenleistungsschalter ab 35 kV sollten Wirk- und Blindleistung sowie Wirk- und Blindenergie messen. Wenn die Übertragung und der Empfang von Leistung möglich sind, sollten Wirkleistung und Wirkenergie in beiden Richtungen gemessen werden; im Falle von Phasenverzögerung und Phasenvorverlagerung sollten Blindleistung und Blindenergie in beiden Richtungen gemessen werden.
Abb. 5 Elektrische Messkonfiguration der Sammelschiene im Wasserkraftwerk
| Name | Bild | Modell | Funktion | Anwendung |
| Digitales Instrument |  | PZ96L-AV3/C | Messung von Drehstromspannung, Netzspannung, RS485/Modbus-RTU-Schnittstelle. | Busspannungsmessung, lokale Anzeige |
Tabelle 4 Auswahl der Busmessung
3.2.4 Bei Shunt-Reaktorgruppen ab 110 kV sind der Dreiphasenstrom und die Blindleistung sowie die Blindenergie zu messen. Bei Shunt-Reaktorkreisen von 6,3 kV bis 66 kV ist der Wechselstrom zu messen.
| Name | Bild | Modell | Funktion | Anwendung |
| Digitales Instrument |  | PZ96L-E3/C | Messung von Drehstrom, Wirk-/Blindleistung, Wirk- und Blindenergie, RS485/Modbus-RTU-Schnittstelle. | Reaktormessung, lokale Anzeige |
Tabelle 5 Auswahl der Reaktormessung
3.3 Elektrische Messung und Energiemessung des Kraftwerkssystems
3.3.1 Wechselstrom, Wirkleistung und Wirkenergie sollten auf der Hochspannungsseite des Werkstransformators gemessen werden. Falls die Messbedingungen auf der Hochspannungsseite nicht gegeben sind, kann die Messung auf der Niederspannungsseite erfolgen.
3.3.2 Die Wechselspannung der Betriebssammelschiene der Werksstromversorgung sollte gemessen werden. Wenn der Neutralpunkt nicht wirksam geerdet ist,
Leiter-Leiter- und Dreiphasenspannungen; wenn der Neutralleiter effektiv geerdet ist, sind drei Leiter-Leiter-Spannungen zu messen.
3.3.3 Für die Stromversorgungsleitungen im Werksbereich sollte der Dreiphasenstrom gemessen werden, und die Wirkenergie kann je nach Bedarf der elektrischen Energiemessung gemessen werden.
3.3.4 Bei Netztransformatoren mit einer Leistung von 50 kVA und mehr, die mit Beleuchtungslasten betrieben werden, sollte der Dreiphasenstrom gemessen werden.
3.3.5 Der einphasige Strom sollte zumindest für den Motorstromkreis ab 55 kW gemessen werden.
3.3.6 Wenn es sich bei der Niederspannungsseite des Werksleistungstransformators um ein 0,4-kV-Drehstrom-Vierleitersystem handelt, sollte der Drehstrom gemessen werden.
3.3.7 Der Abschnittsleistungsschalter für die Werksstromversorgung muss einphasigen Strom messen.
3.3.8 Dieselgeneratoren sollten den Dreiphasenstrom, die Dreiphasenspannung, die Wirkleistung und die Wirkenergie messen.
Abb. 6 Elektrische Messkonfiguration des Stromversorgungssystems des Wasserkraftwerks
| Name | Bild | Modell | Funktion | Anwendung |
| Multifunktions-Energiezähler |  | AEM96 | Dreiphasenstrom, Netzspannung/Dreiphasen-Phasenspannung, Wirk-/Blindleistung, Wirk-/Blindenergie, Leistungsfaktor, Frequenz, Oberwellenverzerrungsgrad, RS485/Modbus-RTU-Schnittstelle. | Energiemessung und -überwachung |
| Digitales Instrument |  | PZ96L-AV3/C | Messung von Drehstromspannung, Netzspannung, RS485/Modbus-RTU-Schnittstelle. | Busspannungsmessung |
| Intelligente Stromüberwachungseinheit |  | ARCM300 | Dreiphasenstrom, Leiterspannung/Dreiphasen-Phasenspannung, Wirk-/Blindleistung, Wirk-/Blindenergie, Leistungsfaktor, Frequenz, Fehlerstrom, 4-Wege-Temperatur, RS485/Modbus-RTU-Schnittstelle. | Zuführungsmessung |
| Motormess- und Steuergerät |  | ARD3M | Geeignet für Niederspannungsmotoren mit Nennspannungen bis zu 660 V, integriert Schutz, Messung, Steuerung, Kommunikation sowie Betrieb und Wartung. Es erkennt Über- und Unterstrom, Überspannung und Phasenausfall, blockierten Rotor, Kurzschluss, Leckstrom, dreiphasige Unsymmetrie, Überhitzung, Erdung, Lagerverschleiß, Stator- und Rotorexzentrizität sowie Wicklungsalterung und gibt einen Alarm aus oder steuert den Schutz. | Motormessung und -steuerung |
| Anti-Schüttel-Vorrichtung |  | ARD-KHD | Verhindern Sie, dass der Schütz auslöst, wenn die Spannung vorübergehend ausfällt, und halten Sie ihn nach Wiederherstellung der Spannung ununterbrochen in Betrieb, um Beeinträchtigungen des Systems zu vermeiden. |
Tabelle 6 Auswahl der elektrischen Messkonfiguration für das Kraftwerkssystem
3.4 Elektrische Messung von Gleichstromsystemen
3.4.1 Das Gleichstromversorgungssystem muss folgende Parameter messen:
1 Gleichspannung am Systembus ohne Abwärtswandler.
2 Gleichstromsystem-Schließbusspannung und Steuerbusspannung mit Abwärtswandler.
3 Das Ladegerät gibt Spannung und Strom aus.
4. Batteriespannung und -strom.
3.4.2 Der Batteriestromkreis sollte den Erhaltungsladestrom messen.
3.4.3 Bei Verwendung einer festventilgeregelten Blei-Säure-Batterie ist es ratsam, die Spannung einer einzelnen Batterie oder einer zusammengebauten Batterie durch Sichtprüfung zu messen.
3.4.4 Der Gleichstromverteilerschrank sollte die Busspannung messen.
3.4.5 Die Prüfung der DC-Bus-Isolation muss den einschlägigen Bestimmungen der aktuellen Industrienorm „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 herkömmliche Messgeräte nur die Gleichstrom-Busspannung und die Batteriespannung messen.
3.5 Elektrische Messungen für unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme (USV)
3.5.1 UPS sollte die folgenden Punkte messen:
1 Ausgangsspannung.
2 Ausgangsfrequenz.
3 Ausgangsleistung oder -strom.
3.5.2 Der Hauptverteilerschrank der USV sollte den Eingangsstrom, die Busspannung und die Frequenz messen.
3.5.3 Der USV-Verteilerschrank kann die Busspannung messen.
Abbildung 7 Gleichstromsystem und elektrische Batteriemessung
| Name | Bild | Modell | Funktion | Anwendung |
| Datensammler |  | ABAT100-HS | Es kann bis zu 120 Batterien überwachen, Gruppenüberspannung/-entladung, Einzelüberspannung/-entladung, Stromüberspannung/-entladung, zu hohen Innenwiderstand einzelner Batterien, Kommunikationsstörungen usw., mit Überspannungs- und Kurzschlussschutz sowie RS485/Modbus-RTU-Schnittstelle. | Datenerfassung des Batterieüberwachungsmoduls |
| Batterieüberwachungsmodul |  | ABAT100-S | Online-Überwachung der Spannung, des Innenwiderstands und der Temperatur der negativen Elektrode jeder Backup-Batterie | Batterieüberwachungsmodul |
| Akku-Überwachungsmodul | | ABAT100-C | Überwachen Sie den Lade- und Entladestrom sowie die Umgebungstemperatur einer Gruppe von Batterien | Akku-Überwachungsmodul |
| Hall-Sensor |  | AHKC-EKC | Messung von Gleichstrom 0 bis (500–1500) A, Ausgang ±5 V | Gleichstromüberwachung |
| Smart Gateway |  | ANet-2E4SM | Edge-Computing-Gateway, eingebettetes Linux-System, erfüllt Sicherheitsanforderungen wie AES-Verschlüsselung und MD5-Identitätsauthentifizierung, unterstützt Breakpoint Resume, unterstützt die Protokolle Modbus, ModbusTCP, DL/T645-1997, DL/T645-2007, 101, 103, 104 | Datenerfassung, -umwandlung und logische Beurteilung |
Tabelle 7 Auswahl der Gleichstromsystemmessung
3.6 Häufig verwendete elektrische Messgeräte und Messgeräte für elektrische Energie
3.6.1 Die Aufstellung elektrischer Messgeräte muss folgende Anforderungen erfüllen:
1 Die Einstellungen der elektrischen Messgeräte für Routineprüfungen müssen die Betriebsparameter der elektrischen Anlagen korrekt widerspiegeln.
2 Wenn eine Fernübertragungsfunktion erforderlich ist, muss ein elektrisches Messgerät konfiguriert werden, das elektrische Parameter mittels Datenkommunikation oder analogem Ausgang überträgt.
3. Hydraulische Generatoren, Generatormotoren, Hochspannungsseite des Haupttransformators mit zwei Wicklungen, Hochspannungsseite des Haupttransformators mit drei Wicklungen, Mittelspannungsseite und Niederspannungsseite können den Abschnitt des Leitungsleistungsschalters und den Sammelschienen-Leistungsschalter, den äußeren Brückenleistungsschalter, Winkelleistungsschalter und Leitungen ersetzen, die mit umfassenden Messgeräten zur Wechselstrommessung ausgestattet sein sollten; Werksleistungstransformatoren und Stromverteilungskreise von Werksstromversorgungssystemen können mit umfassenden Messgeräten zur Wechselstrommessung ausgestattet sein.
3.6.2 Die Einstellungen der regulären Messgeräte des analogen Bildschirms müssen folgende Anforderungen erfüllen:
1. Verfügt das Computerüberwachungssystem über keinen analogen Bildschirm, sollten die routinemäßigen Messgeräte im Kontrollraum entfernt werden. Ist das Computerüberwachungssystem mit einem analogen Bildschirm ausgestattet, sollten die häufig angezeigten Messwerte reduziert und computergesteuerte digitale Messgeräte verwendet werden.
2. Folgende elektrische Messgeräte sollten auf dem Simulationsbildschirm installiert werden:
1 ) Wirkleistungs- und Blindleistungszähler von Wasserkraftgeneratoren und Generatormotoren.
2 ) Wirkleistungszähler und Blindleistungszähler für Leitungen mit einer Spannung von 110 kV und darüber; Wirkleistungszähler für Leitungen mit einer Spannung von 35 kV und darüber und unter 110 kV.
3 ) Netzvoltmeter und Frequenzmesser für 35-kV- und höhere Sammelschienen.
4 ) Gesamtwirkleistungszähler und Gesamtblindleistungszähler der gesamten Anlage.
5) Zweiwege-Blindleistungsmesser oder Wirkleistungsmesser, die an Wasserkraftgeneratoren installiert sind, die im Phasenvorlauf- oder Phasenmodulationsbetrieb laufen können; Zweiwege-Wirkleistungsmesser und Blindleistungsmesser sind an Generatormotoren und Leitungen installiert, die Strom senden und empfangen können. Leistungsmesser.
6) Andere Messinstrumente.
3.6.3 Die lokale Steuereinheit der Anlage sollte mit einem umfassenden Wechselstrom-Messgerät, einem Wirkleistungstransmitter, einem Blindleistungstransmitter und gegebenenfalls einem Stator-Wechselspannungstransmitter ausgestattet sein.
3.6.4 Der Erregerschirm sollte mit Gleichstromtransmittern zur Messung des Erregerstroms und der Erregerspannung ausgestattet sein.
3.6.5 Vor-Ort-Steuereinheiten wie Schaltstationen und öffentliche Einrichtungen sollten mit umfassenden Messgeräten für die Wechselstrom-Abtastleistung und/oder Leistungstransmittern ausgestattet sein; andere herkömmliche elektrische Messgeräte dürfen nicht konfiguriert werden.
3.6.6 Die Konfiguration der elektrischen Messgeräte in der Schaltanlage des Werksstromsystems muss folgende Anforderungen erfüllen:
1. Die Schaltanlage auf der Hochspannungsseite des Werksleistungstransformators sollte mit einem herkömmlichen Einphasen-Amperemeter und einem Einphasen-Wechselstrommessumformer oder einem umfassenden Sternmessgerät zur Wechselstrom-Leistungsmessung ausgestattet sein. Wenn der tatsächliche Laststrom der Schaltanlage auf der Hochspannungsseite des Werksleistungstransformators weniger als 30 % des Nennprimärstroms des Stromwandlers beträgt, kann das herkömmliche Amperemeter, das umfassende Messgerät zur Wechselstrom-Leistungsmessung oder der Wechselstrommessumformer in der Schaltanlage auf der Niederspannungsseite des Werksleistungstransformators installiert werden.
2 Wenn es sich bei der Niederspannungsseite des Leistungstransformators um ein 0,4-kV-Dreiphasen-Vierleitersystem handelt, muss die Schaltanlage auf der Niederspannungsseite des Leistungstransformators mit einem herkömmlichen Dreiphasen-Amperemeter und einem Einphasen-Wechselstromumsetzer oder einem Wechselstrom-Proctor-Sample-Leistungsmessgerät ausgestattet sein.
3. Der Sammelschienen-Spannungswandlerschrank sollte mit einem Wechselspannungsmessumformer oder einem Wechselstrom-Messgerät zur Messung der Sammelschienenspannung ausgestattet sein. In Systemen mit nicht effektiv geerdetem Sternpunkt sollte der Sammelschienen-Spannungswandlerschrank mit einem Umschalter und einem Voltmeter zur Messung der Außen- und Dreiphasenspannung ausgestattet sein. In Systemen mit effektiv geerdetem Sternpunkt kann der Sammelschienen-Spannungswandlerschrank mit einem Umschalter und einem Voltmeter zur Messung der drei Außenspannungen ausgestattet sein.
In jedem Speisekreis des Sammelschienen-Leistungsschalterschranks und des Speiseschranks des Kraftwerksstromsystems sollten 4 Amperemeter installiert werden, und der Sammelschienen-Leistungsschalterschrank sollte mit einem Wechselstromtransmitter ausgestattet sein.
3.6.7 Der Steuerschrank des Dieselgenerators sollte mit einem umfassenden Messgerät zur Wechselstrom-Probenahme ausgestattet sein.
3.6.8 Die folgenden Stromkreise sollten mit Multifunktions-Stromzählern ausgestattet werden:
1 Statorschaltungen von Wasserkraftgeneratoren und Generatormotoren.
2 Eine Seite eines zweiwicklungsigen Haupttransformators und drei Seiten eines dreiwicklungsigen Haupttransformators.
3 Leitungen mit 6,3 kV und darüber.
4 Bypass-Leistungsschalter, Sammelschienenverbindung und Bypass-Leistungsschalterkreis.
5 Eine Seite des Werksleistungstransformators.
6 Der Eingangskreis des externen Sicherheitsnetzteils.
7 Weitere Stromkreise, die elektrische Energie messen müssen.
3.6.9 Die Typauswahl und Leistungsfähigkeit konventioneller elektrischer Messgeräte und elektrischer Energiemessgeräte müssen folgende Anforderungen erfüllen:
1. Die Leistungsmessung am nicht effektiv geerdeten Neutralpunkt sollte mit einem Wechselstrom-Leistungsmessgerät mit dreiphasiger Vierleiter-Anschlusstechnik erfolgen. Die Leistungsmessung ist nach dem dreiphasigen Dreileiterverfahren zu berechnen. Die Wirk- und Blindleistungsmessumformer müssen dreiphasig und dreileiterig sein. Zur Messung der elektrischen Energie kann ein dreiphasiger Dreileiter-Multifunktions-Energiezähler verwendet werden.
2. Zur Messung der elektrischen Spannung am effektiv geerdeten Neutralpunkt sollte ein dreiphasiges vieradriges Wechselstrom-Messgerät mit Wirk- und Blindleistungstransmitter verwendet werden, und zur Messung der elektrischen Energie sollte ein dreiphasiges vieradriges Multifunktions-Energiezähler verwendet werden.
Die Mindestanforderungen an die Genauigkeit konventioneller elektrischer Messgeräte müssen den Bestimmungen in Tabelle 3.6.9-1 entsprechen.
Hinweis: ★Wenn das umfassende Messgerät für die Wechselstrom-Abtastung elektrischer Größen auch für die Wechselstrom- und Spannungsmessung anderer elektrischer Systeme außer der elektrischen Energiemessung verwendet wird, beträgt die Mindestanforderung an die Genauigkeit 0,5.
Die Mindestgenauigkeitsanforderungen an Messumformer, Messwandler und Messshunts müssen den Anforderungen der Tabelle 3.6.9-2 entsprechen.
5. Der Messbereich des Zeigermessgeräts sollte so gewählt werden, dass der Nennwert des Leistungsgeräts bei etwa 2/3 der Skalenauswertung angezeigt wird. Für die Leistungsmessung (beidseitig) ist ein Zeigermessgerät mit Nullpunkt in der Skalenmitte zu verwenden.
6. Der Nennausgangswert des Messumformers sollte 4 mA ~ 20 mA DC oder 4 mA ~ 12 mA ~ 20 mA DC betragen. Der obere Grenzwert des Nennwerts sollte dem 1,2- bis 1,3-Fachen des zu messenden Nennwerts entsprechen. Für die Kalibrierung ist ein geeigneter ganzzahliger Wert zu verwenden. Der Skalenendwert des an den Messumformer angeschlossenen Zeigerinstruments muss mit dem kalibrierten Messwert übereinstimmen. Das angeschlossene digitale Messgerät und das Modul des Computerüberwachungssystems sind anhand des hier kalibrierten Messwerts zu kalibrieren.
7 Die Mindestgenauigkeitsanforderungen an den Multifunktions-Stromzähler müssen den Bestimmungen in Tabelle 3.6.9-3 entsprechen.
8. Der Multifunktions-Stromzähler sollte über eine Funktion zur Aufzeichnung und Zeiterfassung von Spannungsausfällen verfügen. Bei Verwendung einer Notstromversorgung durch den Multifunktions-Stromzähler sollten nach deren Ausfall die Anzahl und die jeweiligen Daten der Stromausfälle protokolliert werden.
9. Die Ausgabeschnittstelle und die Kommunikationsschnittstelle müssen folgende Anforderungen erfüllen:
1) Zusätzlich zum analogen Ausgang kann der Leistungstransmitter gleichzeitig auch über eine Datenkommunikationsschnittstelle verfügen. Die physikalische Verbindung der Kommunikationsschnittstelle und das Shixin-Protokoll müssen den Anforderungen des Computerüberwachungssystems entsprechen.
2) Das integrierte Messgerät zur Wechselstromabtastung sollte über eine Datenschnittstelle mit Ausgabemodus verfügen. Die physische Verbindung und das Kommunikationsprotokoll müssen den Anforderungen des Computerüberwachungssystems entsprechen. Falls das Leitsystem die direkte Übertragung von Informationen an die entfernte Arbeitsstation erfordert, muss das integrierte Messgerät zur Wechselstromabtastung über eine zusätzliche Kommunikationsschnittstelle verfügen. Auch hier müssen die physische Verbindung und das Kommunikationsprotokoll den Anforderungen der entfernten Arbeitsstation entsprechen.
3) Der multifunktionale Stromzähler sollte über eine Datenschnittstelle mit Ausgabemodus verfügen. Wenn das Leitsystem die Datenerfassung und -übermittlung erfordert, sollten zwei Datenschnittstellen bereitgestellt werden, die jeweils die Anforderungen an die physische Verbindung und das Kommunikationsprotokoll des Computerüberwachungssystems und des Leitdatennetzes erfüllen.
10. Hilfsstromversorgungen für Messumformer, Wechselstrom-Messgeräte, multifunktionale Stromzähler und digitale Anzeigegeräte sollten eine Gleichstromversorgung oder eine USV-Stromversorgung verwenden.
11 Die Konfiguration des Energiezählers am Gateway des Systems muss den aktuellen Industriestandards „Technische Managementvorschriften für elektrische Energiezähler“ DUT448 und „Technische Vorschriften für die Auslegung elektrischer Energiezählersysteme“ DL/T5202 sowie den Anschlussbedingungen des Netz- und Energieabrechnungssystems in den Zugangssystem-Auslegungsvorschriften entsprechen.
| Name | Bild | Modell | Funktion | Präzision |
| Leistungssender |  | BD100 | Die Wechsel- und Gleichstrom- sowie Spannungsparameter des Stromnetzes werden isoliert und in ein lineares 4–20 mA Gleichstrom-Analogsignal oder ein digitales Signalgerät umgewandelt. Das Produkt entspricht den Normen GB/T13850-1998 und IEC-688. | 0,2 |
| Leistungssender |  | BA-Serie | Echtzeitmessung des Wechselstroms im Netz, Isolierung und Umwandlung in ein standardisiertes Gleichstromsignal oder Übertragung der Messdaten über die RS485-Schnittstelle (Modbus-RTU-Protokoll). | 0,5 |
| Leistungssender |  | BD-Serie | Ein Gerät, das elektrische Parameter wie Strom, Spannung, Frequenz, Leistung und Leistungsfaktor im Stromnetz durch Isolation in lineare analoge oder digitale Gleichstromsignale umwandelt. | 0,5 , 0,2 optional |
| Digitales Instrument |  | PZ96-Serie | Es können Phasenspannung, Leiterspannung, Strom, Wirk-/Blindleistung, Wirk-/Blindenergie, Frequenz, Leistungsfaktor und andere elektrische Parameter gemessen werden; optional sind eine RS485/Modbus-RTU-Schnittstelle, eine Analogdatenwandlung, Schalt-Ein-/Ausgänge und weitere Funktionen verfügbar. | Strom- und Spannungspegel 0,5; Frequenz 0,05 Hz; Wirkleistung, elektrischer Energiepegel 0,5; Blindleistung, elektrischer Energiepegel 1,0 |
| Multifunktions-Energiezähler | | AEM96 | Dreiphasenstrom, Leiterspannung/Dreiphasen-Phasenspannung, Wirk-/Blindleistung, Zeitaufteilungsenergie, Wirk-/Blindenergie, Bedarf, Leistungsfaktor, Frequenz, Oberschwingungsverzerrungsgrad, RS485/Modbus-RTU-Schnittstelle. | Stromstärke, Spannung, Frequenz: Niveau 0,2; Wirkleistung und elektrische Energie: Niveau 0,5; Blindenergie: Niveau 2,0 |
| Umfassendes Messgerät für Wechselstrom-Abtastleistung |  | APM520 | Dreiphasenstrom, Leiterspannung/Dreiphasen-Phasenspannung, bidirektionale Wirk-/Blindleistung, zeitversetzte bidirektionale Wirk-/Blindenergie, Bedarf, Leistungsfaktor, Frequenz, Oberschwingungsanteil, Spannungsdurchlassstatistik, RS485-/Modbus-RTU-Schnittstelle | Strom und Spannung, Wirkleistung/Energie: 0,2 S 0,5 S optional, Blindleistung/Energie 2,0 |
| Intelligente Stromüberwachungseinheit |  | ARCM300 | Dreiphasenstrom, Leiterspannung/Dreiphasen-Phasenspannung, Wirk-/Blindleistung, Wirk-/Blindenergie, Leistungsfaktor, Frequenz, Fehlerstrom, 4-Wege-Temperatur, RS485/Modbus-RTU-Schnittstelle. | Spannung und Stromstärke 0,2 Wirkenergie 0,5S Blindenergie 2,0 |
Tabelle 8 Auswahlkriterien für Messumformer, digitale Messgeräte, Multifunktions-Wattstundenzähler und sonstige Geräte
3.7 Elektrische Messung und elektrische Energiemessung – Sekundärverdrahtung
3.7.1 Der Wattstundenzähler am Systemeingang muss mit speziellen Strom- und Spannungswandlern oder speziellen Sekundärwicklungen für Transformatoren ausgestattet sein und darf nicht an Geräte angeschlossen werden, die nicht mit der Messung elektrischer Energie in Zusammenhang stehen.
3.7.2 Die Auswahl des Genauigkeitsgrades des für den Stromzähler am Systemgateway verwendeten Stromwandlers erfolgt gemäß Abschnitt 7 von Artikel 3.6.9 dieser Spezifikation.
3.7.3 Für Stromverteilungsanlagen ab 110 kV, Wasserkraftgeneratoren ab 100 MW und Generatormotoren sollten Stromwandler mit einem Nennsekundärstrom von 1 A verwendet werden.
3.7.4 Es muss sichergestellt werden, dass die tatsächliche Last, die an die Sekundärwicklung des Stromwandlers angeschlossen ist, im Bereich von 25 % bis 100 % der Nennlast der Sekundärwicklung liegt.
3.7.5 Die Nennspannung der Hauptsekundärwicklung des Spannungswandlers sollte 100 V betragen.
3.7.6 Es muss sichergestellt werden, dass die tatsächliche Last, die an die Sekundärwicklung des Spannungswandlers angeschlossen ist, im Bereich von 25 % bis 100 % der Nennlast der Sekundärwicklung liegt.
3.7.7 Die Sekundärverdrahtung des Stromwandlers für den Energiezähler am Systemgateway sollte in Phasentrennung erfolgen. Bei Verwendung eines dreiphasigen vieradrigen Stromzählers für den Stromzähler am Generatorausgang und andere Stromzähler kann der Stromwandler in Sternschaltung angeschlossen werden; bei Verwendung eines dreiphasigen dreiadrigen Stromzählers ist eine unvollständige Sternschaltung zulässig.
3.7.8 Werden mehrere Messgeräte an dieselbe Sekundärwicklung des Stromwandlers angeschlossen, ist die Reihenfolge der Verdrahtung wie folgt zu beachten: Messgerät für elektrische Energie, Anzeigegerät, Wechselstrom-Messgerät und Messumformer. Bei Stern- oder unvollständiger Sternschaltung der Sekundärwicklung des Stromwandlers darf der Sternpunkt nicht direkt mit der Klemmenleiste verbunden werden, nachdem die Anschlussklemmen der Messgeräte gebildet wurden. Stattdessen ist der Strom jeder Phase zur Klemmenleiste zu führen und dort einen Stern zu bilden.
3.7.9 Bei der Sekundärwicklung des Stromwandlers, der dem Stromzähler zugeordnet ist, und dem Sekundärkreis des speziellen Spannungswandlers sollte die Anschlussdose vor dem Anschluss an die Klemme des Stromzählers geprüft werden, um die Kalibrierung des Zählers vor Ort und den Zähleraustausch unter Last zu erleichtern.
3.7.10 Auf der Sekundärseite des Drucktransformators ist ein Niederspannungs-Leistungsschalter zu installieren. Wenn die Sekundärseite über einen Abzweigstromkreis geführt wird, ist jeder Abzweigstromkreis separat zu installieren.
3.7.11 Der Sekundärkreis des Stromwandlers sollte genau einen Erdungspunkt aufweisen; wenn der Stromwandler ausschließlich für elektrische Messungen oder elektrische Energiemessungen verwendet wird, sollte er über die Klemmenreihe am Stromverteilergerät an einem Punkt geerdet werden; wenn er mit anderen Geräten gemeinsam genutzt wird, sollte die Erdungsmethode des Wandlers den einschlägigen Bestimmungen der aktuellen Industrienorm „Code for Design of Secondary Wiring in Hydroelectric Plants“ NB/T 35076 entsprechen.
3.7.12 Die Sekundärwicklung des in Sternschaltung ausgeführten Spannungswandlers sollte mit einer Einpunkt-Erdung am Neutralpunkt versehen sein. Der Erdungsleiter des Neutralpunkts darf nicht in Reihe mit Geräten geschaltet werden, die möglicherweise abgeschaltet werden. Wird der Spannungswandler für elektrische Messungen oder elektrische Energiemessungen verwendet und mit anderen Geräten gemeinsam genutzt, muss die Erdungsmethode des Wandlers den entsprechenden Bestimmungen der aktuellen Industrienorm „Code for Secondary Wiring Design of Hydroelectric Plants“ NB/T 35076 entsprechen.
3.7.13 Der Querschnitt des Aderkabels im Sekundärstromkreis des Stromwandlers ist entsprechend der Nennlast des Sekundärstromkreises des Stromwandlers zu berechnen. Bei einem Sekundärstrom von 5 A darf der Querschnitt des Aderkabels nicht weniger als 4 mm² betragen; bei einem Sekundärstrom von 1 A darf der Querschnitt des Aderkabels nicht weniger als 2,5 mm² betragen.
3.7.14 Der Querschnitt des Kabelkerns des Sekundärkreises des Spannungswandlers muss den folgenden Vorschriften entsprechen:
1 Der Spannungsabfall am Zeigerinstrument darf nicht größer als 1,5 % der Nennsekundärspannung sein.
2 Der Spannungsabfall des integrierten Wechselstrom-Messgeräts, des digitalen Anzeigegeräts und des daran angeschlossenen Messumformers darf nicht größer als 0,5 % der Nennsekundärspannung sein.
3 Der Spannungsabfall des an einen Genauigkeitsgrad von 0,5 und höher angeschlossenen Stromzählers darf nicht größer als 0,2 % der Nennsekundärspannung sein.
4 Der durch den zulässigen Spannungsabfall widergespiegelte Fehler sollte den zusammengesetzten Fehler der Verhältnisdifferenz und der Winkeldifferenz, die durch die Spannungsgegeninduktivität und den sekundären Dorfleiter verursacht werden, beinhalten und sollte nicht nur eine einzelne Verhältnisdifferenz sein.
5 Der Mindestquerschnitt des Kabelkerns sollte nicht weniger als 2,5 mm² betragen.
4. Energiemanagementsystem der Anlage
Das Energiemanagementsystem Acrel-3000 für Wasserkraftwerke ist für die Steuerung von Generatorsätzen, Aufwärtstransformatoren, Ausgangsstromkreisen, Werkstransformatoren und Niederspannungskomponenten der Werksstromversorgung, Gleichstromabschirmungen und Batterien von Gleichstromsystemen sowie lokalen Steuereinheiten (LCUs) in Wasserkraftwerken vorgesehen. Die zentrale Überwachung der elektrischen und nicht-elektrischen Parameter des Kraftwerks kann zudem mit der Schutz-, Mess- und Steuereinheit des Kraftwerks verbunden werden, um die Stromerzeugung und den Stromverbrauch zu überwachen, die Anlagen zu verwalten und den Betrieb und die Instandhaltung des Kraftwerks zu steuern.
Abbildung 7 Gleichstromsystem und elektrische Batteriemessung
① Anlagenübersicht und einpoliges Diagramm
② Zustandsüberwachung von Generatoren und Transformatoren
③ Datenabfrage
④ Aufzeichnung des Ereignisablaufs
⑤ Kontrolle und Regulierung
⑥ Anomaler Alarm
⑦ Statistik und Tabellierung
⑧ Geräteverwaltung und Betriebs- und Wartungsmanagement
Darüber hinaus verfügt das System über Funktionen wie Batterieüberwachung, Videoüberwachung, Benutzerberichte und Dokumentenmanagement. Es kann den Betriebszustand jedes Bereichs im Kraftwerk in Echtzeit mittels einliniger Diagramme, Kreisdiagramme, Balkendiagramme, 3D-Grafiken und mobiler Apps anzeigen, sodass die Verantwortlichen stets über die Betriebsbedingungen des Kraftwerks informiert sind.
5. Schlussfolgerung
Die Konfiguration der Messinstrumente des Wasserkraftwerks und der Auslegungszweck des Energiemanagementsystems der Anlage zielen alle darauf ab, die Anforderungen an einen sicheren und wirtschaftlichen Betrieb des Wasserkraftwerks und den kommerziellen Betrieb der elektrischen Energie zu erfüllen und dabei Genauigkeit und Zuverlässigkeit, fortschrittliche Technologie, bequeme Überwachung und wirtschaftliche Anwendung zu gewährleisten.
Veröffentlichungsdatum: 29. April 2025