吳洪飛，姚登峰，唐啟堯，陳 宙

（向家壩水力發(fā)電廠，四川 宜賓 644612）

1 引言

向家壩電站位于四川省宜賓縣和云南省水富縣之間，是金沙江下游的一座巨型電站，是實施西電東送、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的骨干電源之一。向家壩電站分為左右岸，分別安裝4臺單機容量為800 MW的水輪發(fā)電機組，預計2012年10月首批機組發(fā)電。左、右岸電站均以2回500 kV交流送至換流站，再通過±800 kV直流送至上海。

廠用電系統(tǒng)在電站中具有舉足輕重的地位，其安全可靠性直接影響著整個電站的安全穩(wěn)定運行，尤其在電站投產(chǎn)發(fā)電初期，因廠用電系統(tǒng)備用電源少，這一問題顯得特別突出。為保證電站廠用電系統(tǒng)的完全可靠運行，合理安排廠用電系統(tǒng)運行方式，有必要提前對機組投產(chǎn)初期和冬季枯水期的廠用電運行方式進行研究和探討。

2 廠用電系統(tǒng)介紹

2.1 廠用電接線方式

向家壩電站主接線采用發(fā)電機—變壓器單元接線，每臺機組設置發(fā)電機出口斷路器（GCB），即使在機組停機時仍可通過主變倒掛運行給廠用電供電。電站廠用電系統(tǒng)采用10 kV和0.4 kV兩級供電。10 kV系統(tǒng)共8段母線，左岸為1M、2M、3M、4M，右岸為5M、6M、7M、8M。每段10 kV母線的主供電源從主變低壓側(cè)經(jīng)廠用高壓變壓器降壓取得，備用電源以相鄰段10 kV母線、廠外施工變電所、對岸電站和柴油發(fā)電機組等幾種方式取得。左、右岸10 kV母線每相鄰母線間均設有聯(lián)絡開關，四段母線形成一個環(huán)網(wǎng)，但首尾母線間的聯(lián)絡開關不參與備自投邏輯。右岸8M與左岸4M、右岸5M與左岸1M之間設有聯(lián)絡線。廠外施工變電所的聯(lián)絡線送電到7M、6M和3M、2M?？紤]到大壩緊急泄洪的要求，在壩頂10 kV配電室旁布置1臺柴油發(fā)電機組，連接在壩頂10 M，作為大壩的保安電源和廠內(nèi)的黑啟動電源。全廠10 kV廠用電系統(tǒng)接線如圖1所示。

圖1 10 kV廠用電系統(tǒng)接線圖

10 kV廠用電經(jīng)10 kV／0.4 kV低壓變壓器降壓到400 V后為分別供給機組自用電、照明、公用、泄洪、檢修用電等24個供電點，各供電點采用分層分區(qū)就地布置，各系統(tǒng)相互獨立。

2.2 10 kV廠用電系統(tǒng)的控制及備自投邏輯

下面以右岸為例，闡述10 kV廠用電系統(tǒng)的控制及備自投邏輯，左岸的與右岸相同。

右岸每段10 kV母線配置有備用電源自動投入（以下簡稱備自投）裝置。備自投邏輯有全自動、半自動和退出三種運行模式。全自動模式下能夠自動備投和自動恢復；半自動模式下僅能夠自動備投而不能自動恢復；退出模式下切除備投功能。任何進線最多允許帶兩端母線。右岸10 kV 5M、8M只與相連的母線進線備投，6M、7M相鄰母線及該母線的廠外電源都參與備投，其中第三備可以通過“第三備投允許把手”實現(xiàn)投入或撤除。各段母線主、備用電源如表1所示。

表1 右岸電站10 kV母線主備電源

（1）5M和8M的聯(lián)絡開關、左右岸聯(lián)絡線開關不參與備自投，由電站人員手動進行操作。

（2）備自投全自動模式下，只有當主供電源恢復后才進行備自投自恢復。

（3）任何進線不得對兩段母線同時充電。

（4）備自投邏輯順序：5M失電合5M、6M母聯(lián)；6M失電優(yōu)先合5M、6M母聯(lián)，再外部電源進線，再6M、7M母聯(lián)；7M同6M；8M同5M。

（5）如果右岸電站4段10 kV母線的進線電源全部失電（機組停機且500 kV系統(tǒng)失電、外部電源進線也失電）時：

1）手動操作投入與左岸電站10 kV母線的聯(lián)絡線。

2）若左岸電站電源失電，則投入柴油發(fā)電機，恢復壩頂9M、10M重要負荷，并向右岸電站6M供電。

3 10 kV廠用電系統(tǒng)風險分析

3.1 500 kV系統(tǒng)性風險

向家壩左、右岸GIS交流出線較少，各兩回，且采用同塔雙回線架設，在正常方式或一回線停電檢修時，若外送交流、直流通道發(fā)生故障，需要采取直流回降或切機等策略；嚴重時，在兩回交流出線均停電（或直流雙極閉鎖）的情況下，若安穩(wěn)裝置等動作不正確，可能造成左、右岸機組全部解列停機，使得GIS停電，導致廠用電全停。

3.2 廠外電源系統(tǒng)的風險

向家壩左、右電站10 kV系統(tǒng)的廠外電源均來至馬延坡110 kV變電站，如果其110 kV外部進線電源線路發(fā)生跳閘或站內(nèi)設備故障，將嚴重影響施工用電系統(tǒng)的可靠性；由于該變電站地處多雷區(qū)，且該變電站也是向家壩工程施工供電的主要電源，負荷復雜，故障時對其它用戶干擾大；再者該變電站的10 kV系統(tǒng)容量有限，其供電質(zhì)量和可靠性值得擔憂。此風險在電站機組投產(chǎn)初期尤為明顯。

3.3 站內(nèi)廠用電系統(tǒng)風險

（1）初期無應急電源。由于工程進度的影響，在電站機組投產(chǎn)初期壩頂柴油發(fā)電機不具備安裝條件，在此期間電站沒有應急電源。

（2）廠房內(nèi)10 kV母線失電風險。當兩段母線聯(lián)絡運行時，若備自投動作可能會造成單段母線失電。

4 10 kV廠用電系統(tǒng)運行方式

4.1 機組投產(chǎn)初期10 kV廠用電運行方式

根據(jù)工程進度計劃安排，向家壩電站的機組計劃從2012年10月開始逐步投入運行，其投產(chǎn)時間計劃如表2所示。隨著投產(chǎn)機組的逐步增多，10 kV廠用電運行方式將及時調(diào)整。

表2 向家壩電站機組投產(chǎn)時間計劃表

（1）8FB機組投產(chǎn)前廠用電運行方式

在右岸機組投產(chǎn)前，10 kV廠用電只能采用馬延坡變電站供電，此時馬延坡變電站的3M帶右岸8M和7M，其1M帶右岸6M和5M。各段母線的主進線開關可以置試驗或檢修位置；左岸電站廠用電及壩頂變電所未投運，將右岸相應母線與它們的聯(lián)絡開關置檢修位，如圖2所示。

備自投狀態(tài)：由于此時各段母線均無備用電源，將備自投退出。

（2）8FB投產(chǎn)后廠用電運行方式

圖2 機組投產(chǎn)前10 kV廠用電系統(tǒng)接線圖

右岸8FB機組投產(chǎn)且運行穩(wěn)定后，為減少廠用電對廠外電源的依賴，提高可靠性，將10 kV 8M倒換至C08B供電，倒換時采用“先停后送”方式，即先斷開G8K7開關，再合上G8C08開關。

8FB的400 V自用電由10 kV 8M和6M供電，此時在廠用電方式安排上應重點考慮10 kV 8M和6M的安全可靠性。由于8FB機組處在投運初期，其穩(wěn)定性還存在一定的風險，應盡量不安排其帶兩段母線，同時為提高安全性，8M、7M應分段運行。10kV廠用電運行方式如圖3所示。

圖3 8FB投產(chǎn)后10 kV廠用電系統(tǒng)接線圖

備自投狀態(tài)：8M有備用電源，將其備自投置半自動；7M有第一備用電源，但第三備不滿足，將其備自投置半自動，第三備備投允許把手退出；6M有第三備用電源，將其備自投置半自動，第三備備投允許把手投入；5M無備用電源，將其備自投退出。

（3）7FB投產(chǎn)后廠用電運行方式

右岸7FB機組投產(chǎn)且運行穩(wěn)定后，將10 kV 7M倒換至C07B供電。8FB的400 V自用電由10 kV 8M和6M供電，7FB的400 V自用電由10 kV 7M和5M供電，在廠用電方式安排上應綜合考慮所有4段母線的安全可靠性。此時，10 kV廠用電運行方式如圖4所示。

備自投狀態(tài)：8M有備用電源，將其備自投置半自動；7M有第一、第二備用電源，但第三備不滿足，將其備自投置半自動，第三備備投允許把手退出；6M有第三備用電源，將其備自投置半自動，第三備備投允許把手投入；5M無備用電源，將其備自投退出。

圖4 7FB投產(chǎn)后10 kV廠用電系統(tǒng)接線圖

（4）6FB投產(chǎn)后廠用電運行方式

右岸6FB機組投產(chǎn)且運行穩(wěn)定后，將10 kV 6M倒換至C06B供電。由于此時投運機組或主變較多，10 kV廠用電母線的供電電源較多，其可靠性較高。其方式安排為：10 kV 8M由C08B供電，7M由C07B供電，8M、7M聯(lián)絡開關置工作位置斷開，7M廠外電源開關G7M3置工作位置斷開；6M由C06B供電，5M由6M帶，6M廠外電源開關G6M1置工作位置斷開，如圖5所示。

圖5 6FB投產(chǎn)后10 kV廠用電系統(tǒng)接線圖

備自投狀態(tài)：8M有備用電源，將其備自投置半自動；7M有第一、第二備用電源，但第三備不滿足，將備自投置半自動，第三備備投允許把手退出；6M有第二備用電源，將其備自投置半自動，第三備備投允許把手退出；5M無備用電源，將其備自投退出。

（5）5FB投產(chǎn)后廠用電運行方式

右岸5FB機組投產(chǎn)且運行穩(wěn)定后，將10 kV 5M倒換至C05B供電。由于此時投運機組或主變較多，10 kV廠用電母線供電電源較多，其可靠性較高。其方式安排為：10 kV 8M由C08B供電，7M由C07B供電，8M、7M聯(lián)絡開關置工作位置斷開，7M廠外電源開關G7M3置工作位置斷開；6M由C06B供電，5M由C05B帶，6M、5M聯(lián)絡開關置工作位置斷開，6M廠外電源開關G6M1置工作位置斷開。如圖6所示。

圖6 5FB投產(chǎn)后10 kV廠用電系統(tǒng)接線圖

備自投狀態(tài)：此時各段母線均有備有電源，將各段母線的備自投均置半自動，6M和7M的第三備備投允許把手退出。

（6）壩頂變電所和左岸機組投產(chǎn)10 kV廠用電運行方式

壩頂變電所的10 kV母線9M、10M安裝完后，利用右岸6M對其供電，9M、10M聯(lián)絡運行，其備自投退出。

左岸機組在逐步投產(chǎn)過程中，其10 kV廠用電系統(tǒng)的運行方式參照右岸執(zhí)行。

4.2 正常時期10 kV廠用電運行方式（全廠8臺機組均已投運）

4.2.1 夏季汛期廠用電運行方式

（1）在夏季汛期，全廠8臺機機組都可以并網(wǎng)運行。此時左、右岸的8段10 kV母線都由廠高變供電，8段母線分段運行。相鄰段母線、廠外施工變電所作為備用電源。各段母線的備自投均置半自動。

（2）左、右岸10 kV聯(lián)絡線其中一條由右岸開關充電，另一條由左岸開關充電，對側(cè)開關置試驗位置斷開。

（3）7M、6M、3M、2M 和廠外施工變電所之間的聯(lián)絡線由對側(cè)充電，本側(cè)開關置工作位置斷開。

（4）壩頂變電所9M、10M分別由6M、4M供電，母線聯(lián)絡開關置工作位置斷開，柴油發(fā)電機組開關C01置工作位置斷開。備自投置半自動。

4.2.2 冬季枯水期廠用電運行方式

在冬季枯水期（11月至次年5月），向家壩壩址平均流量在1 420 m3/s～3 410 m3/s之間，流量只能供2～4臺機組并網(wǎng)發(fā)電；同時向家壩水庫的調(diào)節(jié)庫容較小，利用庫容水量增加發(fā)電機組臺數(shù)的作用非常有限。因此，在枯水期，左、右岸一般只有1～2臺機組并網(wǎng)發(fā)電。

由于向家壩電站每臺機組設置發(fā)電機出口斷路器（GCB），因此即使在發(fā)電機停機時仍可通過主變倒掛運行給廠用電供電。在主變倒掛運行時，主變的損耗約為235 kW(左岸238 kW)，一天消耗的電量約為 5 640 kW·h(左岸 5 712 kW·h)。

若發(fā)電機停機時主變不倒掛運行，即主變也停運，當需要改發(fā)電機開機時，需要反復操作500 kV串內(nèi)斷路器和進線刀閘，將主變投入運行后才能開機。此過程將需要花費30 min左右時間，將會損失約40萬kW·h的計劃電量；如果需要緊急開機，此方式將嚴重影響開機并網(wǎng)的時效性；在合串內(nèi)斷路器對主變充電時對主變有沖擊，對主變機械強度、絕緣等會造成一定的損害。

（1）單邊電站一臺機組運行時廠用電運行方式（以右岸為例）

右岸電站只一臺機組并網(wǎng)運行，假設為8F機組?？紤]到冬季機組檢修的情況，右岸電站在某一時期內(nèi)一般只安排一臺機組檢修 (假設為5FB檢修)，此時一臺機組運行，將有2～3臺機組處于可備用狀態(tài)。由于8FB機組的400 V自用電由10 kV 8M、6M供電，為保證8FB機組的供電安全，應設法保證廠用電10 kV 8M、6M由主供電源供電，即10 kV 8M由C08B供電，10 kV 6M由C06B供電，此時應安排6B主變倒掛運行。如果只安排6B倒掛，可以保證8FB機組供電的可靠性，但整個10 kV廠用電系統(tǒng)的可靠性一般，此方式也嚴重限制了備用機組的選擇——如果調(diào)度要求緊急開機或運行機組跳閘需將另一臺機組并網(wǎng)時，無法有效保證此應急處理的成功率。若此時唯一的備用機組開機不成功，將至少損失半小時的計劃發(fā)電量，遠大于主變倒掛的損耗。若將所有可備用機組的主變均倒掛運行，此時整個10 kV廠用電系統(tǒng)的可靠性很高，備自投方式靈活；雖然增加了1～2臺主變的空載損耗，但是在緊急情況下需開機時，可以有效保證開機的成功。主變倒掛運行的狀態(tài)，也符合上級調(diào)度部門對機組備用的要求。因此，應安排所有可用主變倒掛運行。

（2）單邊電站兩臺機組運行時廠用電運行方式（以左岸為例）

兩臺機組運行，有①4FB和3FB（或2FB和1FB）、②4FB和2FB（或3FB和1FB）、③4FB和1FB、④3FB和2FB 4種組合。第①種10 kV 4M和3M（2M和1M）的可靠性較差，不予采用；第②、③、④種情況下，廠用電可靠性和靈活性都基本相同，沒有本質(zhì)的區(qū)別；具體安排時需結(jié)合右岸的情況，增強左、右岸的互補性。

左岸兩臺機組并網(wǎng)運行，假設為1F和3F機組。同樣，考慮到冬季機組檢修的情況，左岸電站在某一時期內(nèi)一般只安排一臺機組檢修 (假設為2FB檢修)。同理，為提高廠用電系統(tǒng)的可靠性，增加備用機組開機的快速性和選擇靈活性，也應將所有可用主變倒掛運行。

（3）冬季枯水期廠用電方式如圖7所示。

圖7 冬季枯水期廠用電系統(tǒng)接線圖

4.3 10 kV廠用電運行方式安排其他注意事項

（1）當左、右岸的10 kV母線通過左右岸聯(lián)絡線聯(lián)絡運行時，應將左右岸相應母線的備自投退出，并將與相鄰母線的母聯(lián)開關搖至“試驗”位置。

（2）一般情況下，右岸6M和7M、左岸2M和3M盡量不聯(lián)絡運行。當需要聯(lián)絡運行時，被聯(lián)絡母線的備自投應退出。

（3）一般情況下，右岸5M、8M盡量不聯(lián)絡運行。當需要聯(lián)絡運行時，兩端母線的備自投應退出，并將與相鄰母線的母聯(lián)開關搖至“試驗”位置。左岸1M、4M同樣如此。

（4）由于受容量的限制，任何進線電源不許對兩段母線同時充電，因此當左岸1M和2M、3M和4M、右岸5M和6M、7M和8M聯(lián)絡運行時，若進線電源失電，應密切關注1M、4M、5M、8M的備自投動作情況，必要時人為手動控制，防止此母線長時間失電。

（5）柴油發(fā)電機投運后，應定期進行試驗，保證可靠備用。

5 結(jié)語

廠用電系統(tǒng)是保證電站安全穩(wěn)定運行的關鍵設備之一，是需電站重點控制和保障的設備。電站應根據(jù)機組投產(chǎn)情況以或水文特點，靈活安排機組檢修計劃和主變倒掛運行方式，從而合理安排廠用電運行方式，保證廠用電系統(tǒng)的安全可靠運行。

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