概要与适用性

根据NB/T 10861-2021，对水力发电厂测量装置的配置设计提出了系统化的要求与指导，目的在于确保水电厂长期安全稳定运行，提升综合经济效益。适用于新建、改建及扩建项目的测量装置配置设计，鼓励采用已通过鉴定的新技术与新产品，并与电网信息采集与信息化管理体系相衔接。

术语与概念

- 电气测量：以电量方式对电气实时参数进行测量。

- 电能计量：对有功、无功电能参数的计量。

- 常用测量仪表：水力发电厂常用的指针式和数字式仪表。

- 指针式仪表/数字式仪表：前者通过指针和刻度显示，后者直接用数字显示被测量值。

- 电能表：对有功和/或无功电能数据的计量仪器。

- 交流采样电量综合测量仪表：对工频交流量进行直接采样并输出处理后的参数，具备多参数输出与通信接口。

- 变送器：将被测量转换为直流信号或数字信号的装置。

- 仪表准确度等级：用于规定允许误差及漂移范围的等级。

- 自动化元件：用于水力发电厂状态数据监测与动作执行的元件/装置。

- 非电量测量：对温度、压力、转速、位移、流量、液位、振动等非电量实时参数的测量。

电气测量与电能计量的对象与范围

测量对象覆盖水轮发电机/发电电动机、主变压器、线路、母线、厂用电变压器、直流系统等。常见的电气接线配置示意可通过图示理解，核心在于对关键设备的实时参数、功率与电能的精确获取与监控。

水轮发电机/发电电动机的电气测量与电能计量

应覆盖的主要量值包括：

- 定子三相电流、定子回路线电压/三相相电压

- 有功功率、无功功率、功率因数

- 发电机频率、励磁电流与励磁电压

对起动装置（如静止变频启动装置）还需测量输入回路的三相电流、电压以及有功、无功功率。发电机、发电电动机应计量双向有功电能与双向无功电能，若处于调相运行则相应计量双向有功/无功功率与电能。

升压及送出系统的电气测量与电能计量

- 主变压器：对双绕组、三绕组或自耦变压器，需测量高压侧三相电流、有功/无功功率，且对一侧计量有功电能/无功电能；对多侧变压器实现全侧量测与双向计量；在不同接线方式下，规定低压侧与联络变压器侧的电能计量与有功/无功功率输出。

- 线路：6.3–66 kV线路一般测量单相电流，条件许可时可测两相/三相；35–66 kV线路可测有功功率，必要时扩展至无功；110 kV及以上线路应实现三相电流、有功功率、无功功率测量，并对有必要时的双向有功/无功功率进行计量。

- 母线：六千伏及以上的母线需测量线电压与频率，110 kV及以上母线应测量三相线电压及频率；内部断路器、母线断路器应测量交流电流，必要时实现双向功率/电能测量。

- 高压侧与联络变压器两侧的有功/无功功率及电能计量需符合系统要求。

厂用电系统的电气测量与电能计量九州KU酷游

- 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，若高压侧不可测则可在低压侧测量。

- 厂用工作母线需测量交流电压；中性点状况决定线电压与三相电压的测量组合。

- 厂区供电线路应测量三相电流并可根据需要计量有功电能；大中型厂用变压器和电动机回路的电流测量要求按容量和负荷比设定。

- 直流分系统和不间断电源（UPS）等配套设备也应具备相应的直流电源与交流输出参数的测量与监控。

直流电源系统与UPS的电气测量

- 直流系统应测量母线电压、合闸母线电压、控制母线电压、充电装置输出、电池组电压与电流等。

- 蓄电池浮充电流、直流分配电柜母线电压等亦需监测。

- UPS应测量输出电压、输出频率、输出功率或电流，以及进线电流、母线电压与频率等。

常测仪表与二次接线

- 常测仪表需能准确反映运行参数，并可通过数据通信或模拟量输出传输信号。

- 对关键部位（如水轮发电机、升压变压器高压侧的分段/母联/外桥等断路器、厂用变压器等）应配置多参数测量装置与二次接线。

- 变送器、交流采样电量综合测量仪表、多功能电能表等设备的输出接口需满足远程监控与调度系统的通信要求；必要时配置双接口以兼容多种系统。

- 变送器与互感器的准确度等级、输出电压/电流标准、以及接地和接线要求须严格遵守，以确保系统的整体准确性与稳定性。

电气测量及电能计量的二次接线要点

- 系统关口电能表需使用专用的电流/电压互感器二次绕组，并确保独立供电与良好接地。

- 二次回路的接线应符合星型/分相的规范，确保量测与计量的一致性。

- 互感器二次端子应设定试验接线盒，便于带荷校表与更换表。

- 电缆芯线截面积需按额定二次负荷确定，且电压互感器二次侧的电压降需严格控制，以确保计量误差在允许范围内。

非电量测量与二次接线

- 非电量测量覆盖温度、转速、压力、流量、液位、振动等，且大量数据通过现场控制单元（LCU）采集并上传到管理系统。

- 非电量变送器多采用4–20 mA直流输出，要求具备抗干扰能力、信号隔离以及适当负载匹配。

- 温度探测通常使用Pt100铂电阻，三线制接线，轴承与关键部件配置双探头以提高可靠性。

- 水轮发电机组、泵机组的速度信号需具备双路冗余，并具备自动切换能力。

- 设备的非电量测量还包括油压、冷却液温度、液位、压力等監控，以及必要的开关量输出用于报警和控制。

机组附属设备与全厂公用设备的非电量测量

- 油压与油位、回油箱温度、油流、滤网压差等需设置开关量与模拟量的综合监测。

- 技术供水、排水、生态放水等系统需对水位、压力、流量、阀门开度等进行综合监测，并建立集中监控与现场监控的联动。

- 生态放水、排水系统及通道之间的传输路径应具备冗余通道（光纤/无线/电缆等），确保数据的可靠传输与快速响应。

- 机组附属设备、厂用设备的温度、压力、位移、流量等参数应形成统一的监控策略并支持告警、日志、统计分析与运维管理。

高压设备的非电量测量

- 干式/油浸式变压器的温度测量（油温、绕组温度）及油箱油压、油位等必要参数需就地显示并具备对外报警输出。

- GIS/GIL等设备应设压力监测、温度监测并具备外部输出接口，用于闭锁与安全控制。

- 对220 kV及以上电缆可考虑分布式光纤温度监测以提升安全性与故障定位能力。

闸门及启闭机的非电量测量

- 固定式卷扬启闭机需配置闸门开度传感器（绝对值型编码器）及开度输出信号（4–20 mA）和必要的限位装置信号。

- 启闭机的荷重传感、平压测量及液压系统压力、温度、液位等监控应覆盖到现场控制与自动控制系统。

全厂水力监测与综合管理

- 全厂水力监测应覆盖上/下游水位、毛水头、拦污栅前后压差及调压室水位等关键点，必要时采用双重检测以提升可靠性。

- 集中监测系统采用工控机/PLC为主机，配备触摸屏等人机交互终端，输出的水位与水头信号须与电站计算监控系统及远动设备配合使用。

- 数据传输渠道可通过电缆、光纤或无线等方式，在坝区与厂房区距离较远时可采用独立光纤通道或专用光缆，确保数据传输的稳定性与时效性。

- 全厂水力监测对分辨率、测量误差、测量频率有严格要求，以保障水工调度及水文监控的准确性与响应性。

测量装置的安装条件与选型原则

- 设计需便于现场调试与运行监控，确保测量装置在规定高度与位置安装，便于人员维护与数据获取。

- 常测仪表与二次接线需遵循接地、屏蔽、信号隔离等规范，确保在复杂的电磁环境中保持较高的抗干扰能力。

- 变送器、数字显示仪表、常测仪表及多功能电能表等设备应具备相应的通信接口，以满足计算机监控系统和调度数据网的要求。

厂用电管理系统与运维

- 厂用电管理系统（如 Acrel-3000 等）对水轮发电机组、升压变压器、厂用变电和直流系统等进行集中监测，集成发、用电监控、设备管理与运维。

- 总览画面提供电站基本信息、报警统计、负荷趋势、发电量、环境监测和设备运行状态；能显示主接线图、厂用系统图、油、水、气系统图及直流系统等。

- 实时状态监控、事件记录、异常报警、统计分析、运维管理等功能，帮助调度与运维人员快速判断并采取措施。

结论

通过规范化的测量装置配置与系统化的厂用电管理体系，水电站能够实现高效、可靠的运行与安全可控的运维管理。科学选型、合理布设传感与变送、以及与监控系统的无缝对接，是提升水电站安全性、经济性和可持续运营的关键。

附注

本文对水力发电厂各类测量与控制对象进行了系统梳理与要点提炼，覆盖电气量、非电量及综合监控等方面的核心内容，便于工程设计、设备选型与现场实施的参考。图示与表格所示内容在实际应用中可作为设计依据与检查要点进行对照与落实。