李懷武

（大唐碧口水力發(fā)電廠，甘肅文縣746412）

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水電站廠用備用電源改進(jìn)實(shí)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(shí)際情況，對(duì)廠用電接線方式進(jìn)行改進(jìn)實(shí)踐，為廠用電的設(shè)計(jì)提供有益的探索。

水電站；廠用電；接線；改進(jìn)

在關(guān)于水力發(fā)電廠廠用電的行業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)《水力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》DL/T5164-2002中提出：中型水電站應(yīng)設(shè)置兩個(gè)獨(dú)立電源，其中一個(gè)電源點(diǎn)可處于備用狀態(tài)（5.1.6.2項(xiàng)）；并可將施工電源改為一個(gè)獨(dú)立外來(lái)電源（5.1.3.3項(xiàng)）。文中介紹按這一原則設(shè)計(jì)的水電站廠用電系統(tǒng)方式和其在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及其改進(jìn)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(tái)軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)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(hào)廠用變供Ⅰc段，13號(hào)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(gè)獨(dú)立電源供電。工作電源之一引自1、3號(hào)主變壓器低壓側(cè)的11、13號(hào)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(lái)，由變電站通過(guò)10 kV線路接引至10號(hào)干式變壓器作為廠用備用電源。

11、13號(hào)廠用變可由1、3號(hào)發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)雙回同塔線路供電，屬同一個(gè)電源點(diǎn)，110 kV線路長(zhǎng)約8.3 km；10 kV備用電源線路長(zhǎng)約4 km，相關(guān)變電站電源引自220 kV樞紐變35 kVⅠ段，長(zhǎng)約12 km。

電站另設(shè)有保壩電源，由300 kW柴油發(fā)電機(jī)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(hù)由時(shí)限速斷保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、零序保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、溫度過(guò)高保護(hù)組成。過(guò)電流和零序保護(hù)延伸至400 V母線上，并配備有跌落式熔斷器保護(hù)。

發(fā)電機(jī)設(shè)一面發(fā)電機(jī)保護(hù)盤，由WFB-811保護(hù)裝置、ZSZ-811/B開(kāi)關(guān)操作箱等組成。比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)是發(fā)電機(jī)內(nèi)部相間短路故障的主保護(hù)。高靈敏零序電流型橫差保護(hù)，作為發(fā)電機(jī)內(nèi)部匝間、相間短路及定子繞組開(kāi)焊的主保護(hù)。發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)保護(hù)發(fā)電機(jī)定子繞組，當(dāng)任一點(diǎn)發(fā)生單相接地時(shí)，動(dòng)作發(fā)信號(hào)。轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)主要反映轉(zhuǎn)子回路一點(diǎn)接地故障。失磁保護(hù)防止發(fā)電機(jī)勵(lì)磁消失導(dǎo)致失步。復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)（方向）過(guò)流保護(hù)作為變壓器或相鄰元件的后備保護(hù)。

2　廠用電原系統(tǒng)運(yùn)行情況

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

10 kV線路全長(zhǎng)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(hù)較難。線路自投運(yùn)以來(lái)，一直運(yùn)行不穩(wěn)定，主要存在以下4個(gè)問(wèn)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(yùn)行，自投運(yùn)以來(lái)，因線路接地、雷擊等導(dǎo)致的過(guò)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(guò)電壓吸收裝置損壞。

（2）10 kV線路進(jìn)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(duì)其改造加裝10 kV戶外斷路器需增加費(fèi)用。

（3）由于暴雨洪水對(duì)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(wú)法原址修復(fù)，如對(duì)10 kV線路進(jìn)行全面改造恢復(fù)也需增加費(fèi)用。

（4）暴洪后10 kV線路和備用電源設(shè)備處在停運(yùn)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(wú)備用電源的重大隱患，保證10 kV備用電源能盡快投入運(yùn)行，又能最大限度的節(jié)約成本，將10 kV備用電源引自2號(hào)發(fā)電機(jī)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(jì)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(gè)獨(dú)立電源，其中一個(gè)電源點(diǎn)可處于備用狀態(tài)。將廠用備用電源引自2號(hào)發(fā)電機(jī)出口處基本滿足設(shè)計(jì)規(guī)程要求。

改造后，廠用電正常由Ⅰc、Ⅲc段分段運(yùn)行，在線路故障，特別是電網(wǎng)故障，滿足黑啟動(dòng)的要求，優(yōu)先開(kāi)啟2號(hào)發(fā)電機(jī)保廠用電，減少了黑啟動(dòng)過(guò)程中切除主變的操作過(guò)程。

在檢修期：1號(hào)或3號(hào)發(fā)變組檢修時(shí)，2號(hào)機(jī)運(yùn)行，可保證站內(nèi)由兩個(gè)電源供電。

在非檢修期，2號(hào)機(jī)運(yùn)行時(shí)，10B作熱備用；2號(hào)機(jī)停運(yùn)時(shí)，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(diǎn)10 kV配電柜母線排電流容量核算

1號(hào)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(lì)磁變額定電流之和92.9A（勵(lì)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(hào)配電柜為單母線排，接引時(shí)制作接線過(guò)渡排。

3.3發(fā)電機(jī)短路電流校驗(yàn)及保護(hù)問(wèn)題

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

3.4事故情況下的過(guò)渡過(guò)程的影響評(píng)估

考慮在1、3號(hào)主變同時(shí)退運(yùn)，2號(hào)機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，備用廠用變帶全站廠用負(fù)荷時(shí)，遇電網(wǎng)事故，2號(hào)機(jī)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(duì)用電負(fù)荷的影響。

通過(guò)同型號(hào)機(jī)組100%甩負(fù)荷試驗(yàn)，發(fā)電機(jī)端電壓無(wú)明顯變化，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升至126.4%ne，頻率最高達(dá)63.2 Hz，頻率調(diào)整過(guò)程持續(xù)11 s。

通過(guò)有關(guān)研究資料顯示，頻率升高、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出功率無(wú)影響，額定轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)下降17%以上。頻率升高、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行對(duì)變壓器會(huì)引起鐵心磁通密度下降，銅損上升，溫升加大，達(dá)不到額定功率。但改造后的廠用變均在故障的較短時(shí)間內(nèi)運(yùn)行，并無(wú)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(hào)發(fā)電機(jī)檢修，對(duì)其10 kV廠用備用電源進(jìn)行改造。

電氣一次部分改造，拆除原10號(hào)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(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)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(hù)作了相應(yīng)改動(dòng)，滿足廠用變壓器和發(fā)電機(jī)的保護(hù)要求。

改造完工后，做2號(hào)發(fā)電機(jī)保護(hù)聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)：模擬2號(hào)機(jī)發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)、低壓過(guò)流保護(hù)II段保護(hù)動(dòng)作，保護(hù)裝置能正確跳開(kāi)102開(kāi)關(guān)；模擬低壓過(guò)流保護(hù)I段保護(hù)動(dòng)作，保護(hù)裝置能正確不跳102開(kāi)關(guān)。

做10號(hào)廠用變保護(hù)聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)：模擬10號(hào)廠用變高壓側(cè)過(guò)流保護(hù)及低壓側(cè)零序保護(hù)，102開(kāi)關(guān)及402開(kāi)關(guān)均動(dòng)作正常。2號(hào)發(fā)電機(jī)空載建壓，10號(hào)變壓器低壓側(cè)400 V鑒相正確，試運(yùn)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(yùn)36 h，紅外測(cè)溫檢查各部溫升正常，設(shè)備投入正常運(yùn)行；廠用黑啟動(dòng)模擬試驗(yàn)滿足要求，電源改造達(dá)到預(yù)期效果。

通過(guò)此次水電站廠用系統(tǒng)改造，積累了中小型水電站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)：在水電站廠用電設(shè)計(jì)時(shí)，可考慮單臺(tái)發(fā)電機(jī)帶廠用的接線方式，以利用水力發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)快速，從而滿足水電站黑啟動(dòng)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(jì)技術(shù)規(guī)范[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).

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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(hù)工作。