李懷武

（大唐碧口水力發(fā)電廠，甘肅文縣746412）

?

水電站廠用備用電源改進實踐

李懷武

（大唐碧口水力發(fā)電廠，甘肅文縣746412）

結(jié)合水電站生產(chǎn)實際情況，對廠用電接線方式進行改進實踐，為廠用電的設(shè)計提供有益的探索。

水電站；廠用電；接線；改進

在關(guān)于水力發(fā)電廠廠用電的行業(yè)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)《水力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)范》DL/T5164-2002中提出：中型水電站應(yīng)設(shè)置兩個獨立電源，其中一個電源點可處于備用狀態(tài)（5.1.6.2項）；并可將施工電源改為一個獨立外來電源（5.1.3.3項）。文中介紹按這一原則設(shè)計的水電站廠用電系統(tǒng)方式和其在使用過程中出現(xiàn)的問題及其改進方式。

1　廠用電原系統(tǒng)介紹

水電站上游建有季調(diào)節(jié)水電站，電站是其反調(diào)節(jié)電站，安裝3臺軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組，總裝機容量為111MW，110 kV同塔雙回線路供電網(wǎng)，屬中型水電站。

電站廠用電系統(tǒng)布置如下：400 V廠用系統(tǒng)分三段，11號廠用變供Ⅰc段，13號廠用變供Ⅲc段，上述兩段均接有用電負(fù)荷；Ⅱc段為聯(lián)絡(luò)，Ⅰc、Ⅱc段之間設(shè)有聯(lián)絡(luò)斷路器421，Ⅱc、Ⅲc之間設(shè)有聯(lián)絡(luò)斷路器423。

400 V廠用系統(tǒng)有兩個獨立電源供電。工作電源之一引自1、3號主變壓器低壓側(cè)的11、13號干式變壓器作為廠用工作電源；另一工作電源由原電站10 kV施工電源改建而來，由變電站通過10 kV線路接引至10號干式變壓器作為廠用備用電源。

11、13號廠用變可由1、3號發(fā)電機或電網(wǎng)雙回同塔線路供電，屬同一個電源點，110 kV線路長約8.3 km；10 kV備用電源線路長約4 km，相關(guān)變電站電源引自220 kV樞紐變35 kVⅠ段，長約12 km。

電站另設(shè)有保壩電源，由300 kW柴油發(fā)電機構(gòu)成，可作為廠用電的應(yīng)急備用電源。

圖1　改造前的廠用系統(tǒng)接線圖

廠用變壓器的保護由時限速斷保護、過流保護、零序保護、過負(fù)荷保護、溫度過高保護組成。過電流和零序保護延伸至400 V母線上，并配備有跌落式熔斷器保護。

發(fā)電機設(shè)一面發(fā)電機保護盤，由WFB-811保護裝置、ZSZ-811/B開關(guān)操作箱等組成。比率制動式差動保護是發(fā)電機內(nèi)部相間短路故障的主保護。高靈敏零序電流型橫差保護，作為發(fā)電機內(nèi)部匝間、相間短路及定子繞組開焊的主保護。發(fā)電機定子接地保護保護發(fā)電機定子繞組，當(dāng)任一點發(fā)生單相接地時，動作發(fā)信號。轉(zhuǎn)子一點接地保護主要反映轉(zhuǎn)子回路一點接地故障。失磁保護防止發(fā)電機勵磁消失導(dǎo)致失步。復(fù)合電壓啟動（方向）過流保護作為變壓器或相鄰元件的后備保護。

2　廠用電原系統(tǒng)運行情況

10 kV線路做為水電站廠用備用電源，僅在1號或3號變壓器檢修時，帶廠用400 VⅠc或Ⅲc段運行或在110 kV母線檢修、110 kV系統(tǒng)全停時，帶全廠廠用電運行。

10 kV線路全長約4 km，其中3 km分布在林區(qū)，1 km分布在田地。線路所經(jīng)山區(qū)、田地，部分桿基地質(zhì)條件差，交通不便，維護較難。線路自投運以來，一直運行不穩(wěn)定，主要存在以下4個問題：

（1）由于電網(wǎng)原因，為保證農(nóng)網(wǎng)遠(yuǎn)端用戶電壓質(zhì)量，10 kV電壓一直偏高，在12 kV左右運行，自投運以來，因線路接地、雷擊等導(dǎo)致的過電壓致使水電站發(fā)生4次設(shè)備損壞事件：分別為HY5WZ-17/45（Q）型避雷器C相擊穿故障、B相LZZBJ9-12型電壓互感器匝間絕緣損壞故障、B相XRNP-12/0.5A型高壓熔斷器熔毀故障、SDB1-10Z型過電壓吸收裝置損壞。

（2）10 kV線路進入水電站大壩處的跌落熔斷器安裝在距離地面7m的電桿上，操作極其不便，嚴(yán)重影響廠用系統(tǒng)的方式切換，若對其改造加裝10 kV戶外斷路器需增加費用。

（3）由于暴雨洪水對10 kV線路損毀嚴(yán)重，48基電桿中9處出現(xiàn)滑坡、倒桿情況，已無法原址修復(fù)，如對10 kV線路進行全面改造恢復(fù)也需增加費用。

（4）暴洪后10 kV線路和備用電源設(shè)備處在停運狀態(tài)，廠用電源處于單一供電方式。

綜合以上因素，為消除廠用無備用電源的重大隱患，保證10 kV備用電源能盡快投入運行，又能最大限度的節(jié)約成本，將10 kV備用電源引自2號發(fā)電機出口處。

3　廠用電系統(tǒng)設(shè)備改造校核

依據(jù)《水力發(fā)電廠廠用電設(shè)計規(guī)程》DL/T5164-2002，電站屬于中型水電廠，根據(jù)5.1.6條款的要求，需有兩個獨立電源，其中一個電源點可處于備用狀態(tài)。將廠用備用電源引自2號發(fā)電機出口處基本滿足設(shè)計規(guī)程要求。

改造后，廠用電正常由Ⅰc、Ⅲc段分段運行，在線路故障，特別是電網(wǎng)故障，滿足黑啟動的要求，優(yōu)先開啟2號發(fā)電機保廠用電，減少了黑啟動過程中切除主變的操作過程。

在檢修期：1號或3號發(fā)變組檢修時，2號機運行，可保證站內(nèi)由兩個電源供電。

在非檢修期，2號機運行時，10B作熱備用；2號機停運時，10B作冷備用。

3.110kV電纜選擇核算

原備用電源選用YJV-3×70電纜，額定載流量為130A。廠用變額定電流46.2A，YJV-3×70電纜滿足使用要求。

3.2接入點10 kV配電柜母線排電流容量核算

1號配電柜TMY-3-（60×6）,母線材料為銅，豎放安裝，允許的載流量為770 A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于廠用變和勵磁變額定電流之和92.9A（勵磁變額定電流46.7A，廠用變額定電流46.2 A），滿足使用要求。1號配電柜為單母線排，接引時制作接線過渡排。

3.3發(fā)電機短路電流校驗及保護問題

根據(jù)設(shè)計院關(guān)于水電站的短路設(shè)計資料：短路點發(fā)生在廠用高壓側(cè)，單臺發(fā)電機短路沖擊電流為35.57 kA，加上變壓器端短路沖擊電流可達95.85kA。廠用備用變壓器高壓側(cè)開關(guān)斷開額定電流1 250 A，額定短時耐受電流40 kA，滿足不了開斷要求，需加裝限流熔斷器，額定電流125A，額定開斷電流100kA，以滿足安全使用的要求。

3.4事故情況下的過渡過程的影響評估

考慮在1、3號主變同時退運，2號機組并網(wǎng)運行，備用廠用變帶全站廠用負(fù)荷時，遇電網(wǎng)事故，2號機組可能在100%負(fù)荷下從電網(wǎng)解列，形成甩負(fù)荷，轉(zhuǎn)速上升對用電負(fù)荷的影響。

通過同型號機組100%甩負(fù)荷試驗，發(fā)電機端電壓無明顯變化，機組轉(zhuǎn)速上升至126.4%ne，頻率最高達63.2 Hz，頻率調(diào)整過程持續(xù)11 s。

通過有關(guān)研究資料顯示，頻率升高、長時間運行對電動機的輸出功率無影響，額定轉(zhuǎn)矩、啟動轉(zhuǎn)矩會下降17%以上。頻率升高、長時間運行對變壓器會引起鐵心磁通密度下降，銅損上升，溫升加大，達不到額定功率。但改造后的廠用變均在故障的較短時間內(nèi)運行，并無嚴(yán)重?fù)p害，可滿足事故情況下的使用要求。

4　設(shè)備改造情況

結(jié)合水電站2號發(fā)電機檢修，對其10 kV廠用備用電源進行改造。

電氣一次部分改造，拆除原10號變壓器KYN28A-12-041G型中置式電壓互感器柜，安裝FUR-10kV限流熔斷器柜；敷設(shè)1回ZR-YJV 3×70型電纜接引至限流熔斷器柜和2號發(fā)電機勵磁變壓器電壓互感器柜母線間，一次設(shè)備接線連接良好。

二次保護作了相應(yīng)改動，滿足廠用變壓器和發(fā)電機的保護要求。

改造完工后，做2號發(fā)電機保護聯(lián)動試驗：模擬2號機發(fā)電機差動保護、低壓過流保護II段保護動作，保護裝置能正確跳開102開關(guān)；模擬低壓過流保護I段保護動作，保護裝置能正確不跳102開關(guān)。

做10號廠用變保護聯(lián)動試驗：模擬10號廠用變高壓側(cè)過流保護及低壓側(cè)零序保護，102開關(guān)及402開關(guān)均動作正常。2號發(fā)電機空載建壓，10號變壓器低壓側(cè)400 V鑒相正確，試運正常。

在隨后的110 kV母線停電檢修期間，帶全廠400 V負(fù)荷試運36 h，紅外測溫檢查各部溫升正常，設(shè)備投入正常運行；廠用黑啟動模擬試驗滿足要求，電源改造達到預(yù)期效果。

通過此次水電站廠用系統(tǒng)改造，積累了中小型水電站運行經(jīng)驗：在水電站廠用電設(shè)計時，可考慮單臺發(fā)電機帶廠用的接線方式，以利用水力發(fā)電機組啟動快速，從而滿足水電站黑啟動等特殊情況下的需求。

圖2　改造后的廠用系統(tǒng)接線圖

[1]DL/T5164-2002水力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)范[S].中華人民共和國國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會.

TM645

B

1672-5387（2016）02-0041-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.02.012

2015-06-18

李懷武（1972-），男，工程師，從事水電站電氣設(shè)備檢修維護工作。