周宇，徐國能

(華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江天臺317200)

1 前言

桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣，距天臺縣城7 km。電站總裝機(jī)容量為120萬kW，單機(jī)容量為30萬kW，共4臺水泵水輪機(jī)組。電站樞紐建筑物分為地面建筑物和地下建筑物二大部分。地面建筑物主要有上水庫、下水庫、中控樓、絕緣透平油庫室、500kV開關(guān)站等，上、下水庫水平距離約1000m。地下建筑物主要有輸水隧洞、地下主、副廠房、主變洞、母線洞、進(jìn)廠交通洞、排風(fēng)交通電纜洞及豎井、500kV出線洞等。

坎頂35kV變電站作為桐柏抽水蓄能電站廠用電的備用電源，主接線方式為內(nèi)橋接線，平坎3679線引至35kV橋I引線，國坎3773線引至35kV橋II引線，35kV內(nèi)橋開關(guān)不能合環(huán)運(yùn)行。經(jīng)兩臺35kV變壓器降壓至10kV，分別引至10kVⅠ、Ⅱ母線，10kV母線通過母聯(lián)開關(guān)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行。所用電分別從10kVⅠ、Ⅱ母線經(jīng)兩臺干式變壓器降壓成400V。由于35kV坎頂變110V直流系統(tǒng)投運(yùn)多年，存在著安裝工藝問題，接線不規(guī)范，故障查找困難，以及設(shè)備陳舊，蓄電池性能老化等問題。為確保桐柏電廠廠用電的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，對坎頂變直流系統(tǒng)進(jìn)行整體改造更換。

2 改造前后的狀態(tài)

改造前:

直流系統(tǒng)采用許繼公司提供的直流電源系統(tǒng)，采用一面整流柜、一面饋線柜、一面蓄電池柜的結(jié)構(gòu)。

改造后:

直流系統(tǒng)采用深圳奧特迅公司提供的直流電源系統(tǒng)，采用兩面充饋電柜、一面蓄電池柜的結(jié)構(gòu)。充饋電柜采用雙回路交流電源供電，直流母線采用單母線分段結(jié)構(gòu)。

直流系統(tǒng)的相關(guān)監(jiān)控信號接入35kV坎頂變監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)而通過35kV坎頂變監(jiān)控系統(tǒng)接入桐柏公司的主監(jiān)控系統(tǒng)。

3 新直流系統(tǒng)介紹

(1)運(yùn)行方式

如下圖1所示110V直流電源系統(tǒng)由兩套直流裝置組成，分別為直流裝置Ⅰ與直流裝置Ⅱ，電源分別引自坎頂400VⅠ母線=57S+BF01-F0014和400VⅡ段母線=57S+BF02-F0013，每套都有充電裝置及蓄電池組，兩臺充電裝置分別對兩組蓄電池進(jìn)行浮充電，同時向所在母線供電。正常運(yùn)行時，直流裝置Ⅰ供直流Ⅰ段，直流裝置Ⅱ供直流Ⅱ段。

圖1 直流電源系統(tǒng)圖

直流110VⅠ、Ⅱ段母線通過各自母線進(jìn)線閘刀(3ZK或4ZK雙刀雙擲)的切換實(shí)現(xiàn)110V直流Ⅰ、Ⅱ段母線聯(lián)絡(luò)。正常運(yùn)行時，母線進(jìn)線閘刀合于“蓄電池側(cè)”位置。當(dāng)一組電池或充電裝置出現(xiàn)故障需隔離處理或者欲退出進(jìn)行維護(hù)和充放電時，需把該套電池組及充電裝置所在的母線進(jìn)線閘刀合于“母聯(lián)側(cè)”位置，最后把該套直流裝置退出，由另一套直流裝置供全部負(fù)荷。

(2)設(shè)備介紹

1)交流輸入單元

Ⅰ、Ⅱ套充電裝置的兩路交流輸入電源由交流切換控制電路選擇其中一路輸入,供電的雙路交流輸入電源互為備用，且有自動、手動切換功能,當(dāng)自動切換不成功時可以手動切換；配有雷擊浪涌吸收單元、交流進(jìn)線配電單元、防雷保護(hù)單元；充電裝置把輸入的三相交流電轉(zhuǎn)為直流，供給蓄電池組浮充電，同時供給負(fù)載工作電流。交流切換控制電路還能判斷三相交流電源缺相或失壓，并發(fā)出報(bào)警信號和使保護(hù)動作。

2)高頻開關(guān)電源模塊

Ⅰ、Ⅱ套直流裝置由智能高頻開關(guān)電源集中監(jiān)控器JKQ-3000A實(shí)現(xiàn)對智能高頻開關(guān)電源直流系統(tǒng)的綜合控制。智能高頻開關(guān)電源集中監(jiān)控器JKQ-3000A采用直流電源供電，其工作電源取自控制母線。監(jiān)控器JKQ-3000A具有交、直流監(jiān)測；智能高頻開關(guān)電源模塊監(jiān)控及電池管理；母線電壓、電流、充電裝置輸出電流實(shí)時顯示；母線電壓調(diào)整；系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置；模擬量采集；開關(guān)量輸入輸出；報(bào)警及保護(hù)；通訊擴(kuò)展；歷史記錄等功能。高頻開關(guān)電源模塊的主要功能有穩(wěn)壓、穩(wěn)流功能；均/浮充電壓、電流設(shè)置功能；均/浮充轉(zhuǎn)換功能；超溫自動保護(hù)功能；輸出電壓、電流顯示功能；輸入、輸出過欠壓保護(hù)功能；自主均流功能；運(yùn)行狀態(tài)顯示功能；限流級別設(shè)置功能；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動控制功能。

直流裝置Ⅰ、Ⅱ段分別有3個智能高頻開關(guān)電源模塊，3個智能高頻開關(guān)電源模塊輸出125V直流供到動力母線，然后再通過調(diào)壓裝置調(diào)壓后供至控制母線。智能高頻開關(guān)電源模塊可以在“自動”(集中監(jiān)控器控制)和“手動”(面板控制)兩種工作方式下工作。正常運(yùn)行在“自動”控制工作方式下。

3)調(diào)壓裝置

直流Ⅰ、Ⅱ段母線上各自裝設(shè)一組調(diào)壓裝置，每組調(diào)壓裝置具有手動、自動調(diào)節(jié)電壓功能,正常采用分級自動調(diào)壓方式對控制母線進(jìn)行電壓調(diào)整，以維持控制母線電壓在直流系統(tǒng)額定電壓的90%～110%內(nèi)。調(diào)壓裝置采用微機(jī)型降壓硅鏈，同時配備主硅鏈和副硅鏈，主硅鏈負(fù)責(zé)對控制母線電壓的精調(diào)，副硅鏈用于防止控制母線失壓；當(dāng)主硅鏈有部分故障時控制系統(tǒng)會自動閉鎖其故障部分，使之恢復(fù)正常的調(diào)壓功能?？刂葡到y(tǒng)能實(shí)時地將硅鏈運(yùn)行狀態(tài)上報(bào)集中監(jiān)控器。通過轉(zhuǎn)換開關(guān)QK來切換，轉(zhuǎn)換開關(guān)QK-6位置為自動位置，其余轉(zhuǎn)換開關(guān)QK的位置為手動，手動電壓調(diào)節(jié)時每投入一級硅元件，控制母線電壓就下降5V,QK-0位置為5級硅元件都投入，QK-1位置為4級硅元件投入，QK-2位置為3級硅元件投入，QK-3位置為2級硅元件投入，QK-4位置為1級硅元件投入，QK-5位置為沒有硅元件投入。調(diào)壓裝置硅元件的額定電壓不小于500V，額定電流不小于300A。

4)蓄電池采用德國HOPPECKE閥控式免維護(hù)密封鉛酸蓄電池，其電解液為膠體式類型，適用環(huán)境溫度25±10℃。HOPPECKEOPZV電池是按照最先進(jìn)的德國標(biāo)準(zhǔn)DIN40742進(jìn)行設(shè)計(jì)的閥控鉛酸蓄電池，采用一體化的全密封設(shè)計(jì)，通風(fēng)條件可顯著降低。在正常運(yùn)行條件下，電池的實(shí)際壽命將超過12年的預(yù)期壽命，具有很好的深度放電耐受力(超過30天)和極低的自放電率。蓄電池型號為12OPZV1200，浮充運(yùn)行電壓為2.25～2.30V，均充運(yùn)行電壓2.30～2.35V；直流110V電源系統(tǒng)有二組蓄電池組，每組有9只蓄電池，共18只蓄電池。

5)絕緣監(jiān)測儀

正常運(yùn)行時，直流Ⅰ、Ⅱ段母線上各自的微機(jī)絕緣監(jiān)測儀WJY-3000A，Ⅰ、Ⅱ蓄電池組上蓄電池巡檢儀BATM30B都應(yīng)投入運(yùn)行。微機(jī)絕緣監(jiān)測儀WJY-3000A用于監(jiān)視母線的絕緣情況，當(dāng)絕緣監(jiān)測儀檢測到絕緣下降或電壓異常即發(fā)出報(bào)警信號，在絕緣檢測儀上可以在線檢查到故障線路的編號；1-11對應(yīng)直流Ⅰ段母線上支路101Z-111Z或直流Ⅱ段母線上支路201Z-211Z。

微機(jī)絕緣監(jiān)測儀采用電橋原理，實(shí)時監(jiān)測正負(fù)直流母線的對地電壓和絕緣電阻，當(dāng)正負(fù)直流母線的對地電壓和絕緣電阻低于設(shè)定的報(bào)警值時，自動啟動去路巡檢功能。支路巡檢采用直流有源CT，無需向母線注入信號。被檢測信號直接在CT內(nèi)部轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，被采集信號采用數(shù)字傳輸。采用智能型CT，所有支路的漏電流檢測同時進(jìn)行，支路巡檢速度高。

6)蓄電池巡檢儀

蓄電池巡檢儀BATM30由微電腦控制，采用串行總線方式，通過RS232(電流環(huán)型)通訊接口與集中監(jiān)控器相連接，在線巡回檢測蓄電池組的單節(jié)電池端電壓、環(huán)境溫度，并將檢測到的數(shù)據(jù)初步處理后上傳至集中監(jiān)控器，由集中監(jiān)控器對所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。蓄電池巡檢儀采用模塊化設(shè)計(jì)，單模塊可采集18節(jié)電池的電壓，直流110V電源系統(tǒng)共有2個蓄電池巡檢儀，可通過蓄電池巡檢儀面板上的地址拔碼來區(qū)分其地址，以便于集中監(jiān)控器通信。

7)集中監(jiān)控器

直流裝置由智能高頻開關(guān)電源集中監(jiān)控器JKQ-3000A實(shí)現(xiàn)對智能高頻開關(guān)電源直流系統(tǒng)的綜合控制。智能高頻開關(guān)電源集中監(jiān)控器JKQ-3000A采用直流電源供電，其工作電源取自控制母線。監(jiān)控器JK直流Ⅰ、Ⅱ段母線上各有一套Q-3000A，監(jiān)控器JKQ-3000A以PC486工控機(jī)為主機(jī)，配有大屏幕全中文漢字顯示和輸入鍵盤，面板光字牌報(bào)警。其通過分散控制方式，對直流系統(tǒng)充電模塊、絕緣監(jiān)測模塊、電池組、母線、配電等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并設(shè)有多種通信協(xié)議，完成與CSCS的通訊，實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)的“四遙”功能。遙控模塊開/關(guān)機(jī)及均/浮充；遙測模塊輸出電壓和電流；遙信充電模塊運(yùn)行狀態(tài)；遙調(diào)充電模塊的輸出電壓。

監(jiān)控器JKQ-3000A具有交、直流監(jiān)測；智能高頻開關(guān)電源模塊監(jiān)控及電池管理；母線電壓、電流、充電裝置輸出電流實(shí)時顯示；母線電壓調(diào)整；系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置；模擬量采集；開關(guān)量輸入輸出；報(bào)警及保護(hù)；通訊擴(kuò)展；歷史記錄等功能。

4 異常運(yùn)行和事故處理

(1)直流系統(tǒng)接地處理

1)微機(jī)絕緣監(jiān)測儀的主屏中按“故障”功能鍵查看系統(tǒng)的故障信息。根據(jù)所顯示的故障信息確定故障母線或支路。

2)檢查可疑處和有人工作的地方。

3)瞬時拉合直流各饋線分路開關(guān)

4)使用拉路法查直流接地時，應(yīng)由兩人進(jìn)行，斷開直流時間不得超過3s。

5)拉路查找法應(yīng)按照先次要用戶后重要用戶，先室外后室內(nèi)，先潮濕地點(diǎn)后干燥地點(diǎn)的次序查找。在試?yán)蒔LC控制的設(shè)備的直流負(fù)荷開關(guān)后，應(yīng)注意復(fù)歸PLC。

6)若接地處在重要負(fù)荷饋線上，仍允許投入運(yùn)行，但應(yīng)立即通知檢修人員，進(jìn)行處理。故障信息顯示故障支路號，可立即通知檢修人員進(jìn)行查處接地點(diǎn)，若需短時直接斷開接地支路處理且將使運(yùn)行設(shè)備失去繼電保護(hù)的應(yīng)經(jīng)總工同意方可進(jìn)行，但應(yīng)盡可能在設(shè)備處于停用狀態(tài)時進(jìn)行。對斷開直流電源會引起保護(hù)誤動的應(yīng)先做好安全措施。

7)如接地不在負(fù)荷側(cè)，檢查直流母線是否接地。如正、負(fù)母線對地電阻低于25kΩ，則母線接地。應(yīng)隔離該母線，該母線負(fù)荷倒至另一段。

8)接地點(diǎn)找到后，應(yīng)予隔離，由檢修人員抓緊處理；防止直流兩點(diǎn)接地引起保護(hù)拒動或誤動、控制系統(tǒng)誤動。

9)檢查結(jié)束后復(fù)歸絕緣檢測儀報(bào)警信號。

(2)當(dāng)一組蓄電池或充電裝置出現(xiàn)故障，可把故障蓄電池組或充電裝置側(cè)的母線進(jìn)線閘刀合于“母線側(cè)”由另一直流裝置供應(yīng)全部負(fù)荷，退出出現(xiàn)故障的蓄電池及充電裝置，通知檢修人員，進(jìn)行處理。

(3)智能高頻開關(guān)電源模塊的交流輸入停電或異常時，智能高頻開關(guān)電源模塊停止工作，由蓄電池給負(fù)載供電。集中監(jiān)控器測量蓄電池電壓、放電時間，當(dāng)蓄電池放電到欠壓點(diǎn)時，集中監(jiān)控器發(fā)出欠壓告警，保護(hù)動作。應(yīng)投入交流輸入，恢復(fù)智能高頻開關(guān)電源模塊對蓄電池的充電功能。

5 結(jié)論

桐柏抽水蓄能電站35kV坎頂變110V直流系統(tǒng)，通過增加新的充饋電柜、更換新的蓄電池、采用雙回路交流電源供電、直流母線采用單母線分段結(jié)構(gòu)等手段，并將相關(guān)監(jiān)控信號接入35kV坎頂變監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)而通過35kV坎頂變監(jiān)控系統(tǒng)接入桐柏公司的主監(jiān)控系統(tǒng)。解決了設(shè)備陳舊，蓄電池性能老化等問題，確保了桐柏電廠廠用電的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]白忠敏，等.現(xiàn)代電力工程直流系統(tǒng)[M]:中國電力出版社，2003.

[2]白忠敏，劉百震，于崇干，等.電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊[M].中國電力出版社，2003.