古樹平，李 穎

（中國電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051）

糯扎渡水電站廠用電備自投系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

古樹平，李 穎

（中國電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051）

糯扎渡水電站為國內(nèi)大型水電工程，其廠用電系統(tǒng)非常復(fù)雜，備自投系統(tǒng)為保證廠用電的供電可靠性發(fā)揮了重要作用。文章對(duì)電站的10 kV、400 V廠用電備自投裝置的動(dòng)作邏輯進(jìn)行了詳細(xì)的分析與設(shè)計(jì)，并解決了備自投裝置的定值整定、兩級(jí)廠用電備自投的動(dòng)作配合等問題，為國內(nèi)外同類型工程提供了參考。

廠用電系統(tǒng)；備自投系統(tǒng)；動(dòng)作邏輯

0 引言

糯扎渡水電站位于云南省境內(nèi)，屬于瀾滄江梯級(jí)電站，共安裝9臺(tái)單機(jī)容量650 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為5 850 MW，為國內(nèi)大型水電站。電站廠用電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、接線及運(yùn)行方式均非常復(fù)雜，提高供電可靠性、確保電站主設(shè)備安全運(yùn)行是廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。備自投裝置的運(yùn)用可大幅提高廠用電可靠性，但對(duì)于大型水電站的廠用電系統(tǒng)，備自投系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需考慮更多問題。

1 廠用電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式

電站廠用電系統(tǒng)分為10kV和400V兩級(jí)，10kV供電系統(tǒng)分為廠區(qū)、壩區(qū)和備用3部分；400 V供電系統(tǒng)按電站負(fù)荷的區(qū)域布置分為機(jī)組自用電、公用電、照明用電、尾水用電、壩區(qū)用電等部分。

廠區(qū)10 kV母線分為3段：Ⅰ段母線電源取自1號(hào)、3號(hào)發(fā)電機(jī)單元的機(jī)端變壓器；Ⅱ段母線電源取自4號(hào)、6號(hào)發(fā)電機(jī)單元的機(jī)端變壓器；Ⅲ段母線電源取自7號(hào)、9號(hào)發(fā)電機(jī)單元的機(jī)端變壓器。每段母線的兩個(gè)進(jìn)線電源斷路器相互閉鎖，保證正常情況下只有一回電源工作。

Ⅰ段和Ⅱ段、Ⅱ段和Ⅲ段之間設(shè)聯(lián)絡(luò)斷路器，正常工況各段獨(dú)立運(yùn)行。當(dāng)Ⅰ段或Ⅲ段失電時(shí)，通過聯(lián)絡(luò)斷路器從Ⅱ段取得電源；當(dāng)Ⅱ段失電時(shí)，通過聯(lián)絡(luò)斷路器從Ⅰ段或Ⅲ段取得電源；當(dāng)3段均失電時(shí)，通過Ⅰ段和Ⅲ段由備用電源為廠區(qū)供電，此時(shí)3段母線分為兩段運(yùn)行。

壩區(qū)10 kV供電系統(tǒng)為單母線分段接線，每段母線設(shè)兩個(gè)電源進(jìn)線，一路來自廠區(qū)10 kV供電系統(tǒng)，另一路來自備用電源系統(tǒng)。每段母線的兩個(gè)進(jìn)線電源設(shè)聯(lián)鎖裝置，以保證正常情況下只有一回電源工作。兩段母線間設(shè)聯(lián)絡(luò)斷路器，正常工作時(shí)，兩段獨(dú)立運(yùn)行，如某段失電時(shí)，通過聯(lián)絡(luò)斷路器從另一段取得電源；如兩段母線均失電時(shí)，從備用電源系統(tǒng)取得電源。

10 kV備用電源為單母線分段接線，每段母線設(shè)兩個(gè)電源進(jìn)線，一路來自10 kV施工變電站，另一路為柴油發(fā)電機(jī)。兩段母線間設(shè)聯(lián)絡(luò)斷路器，正常工況兩段獨(dú)立運(yùn)行，均從施工變電站取得電源，當(dāng)一回施工電源失電時(shí)，通過聯(lián)絡(luò)斷路器從另一段的施工電源取得電源；如兩回施工電源均失電，則自動(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，僅作為保安電源。

400 V廠用電系統(tǒng)主母線均分為A、B兩段，每段電源均取自10 kV系統(tǒng)，經(jīng)10/0.4 kV低壓廠用變接入400 V配電盤，兩回電源互為備用。另外，在壩區(qū)設(shè)置1臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)，以保證在全廠失電時(shí)開啟泄洪閘門之用。

2 備自投功能要求

備自投系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)廠用電接線形式確定，其功能要求應(yīng)滿足：

（1）應(yīng)保證在工作電源斷開后，才投入備用電源［1］。這是為了防止備用電源投于故障元件而擴(kuò)大事故。

（2）工作母線上的電壓，無論何種原因消失，除有閉鎖信號(hào)外，自動(dòng)投入裝置均應(yīng)能動(dòng)作。

（3）工作電源失壓時(shí)，應(yīng)檢測(cè)工作電源是否有電流，只有在無流時(shí)才允許啟動(dòng)備自投裝置，這是為了防止電壓互感器二次回路斷線引起備自投誤動(dòng)。

（4）備自投裝置應(yīng)保證只動(dòng)作一次［2］。

（5）當(dāng)備自投裝置動(dòng)作時(shí)，如果備用電源投于故障，應(yīng)有保護(hù)加速跳閘。

（6）備自投裝置的動(dòng)作時(shí)間，應(yīng)使負(fù)荷停電時(shí)間盡可能短［3］。

3 備自投動(dòng)作邏輯

10 kV供電系統(tǒng)根據(jù)電站負(fù)荷的區(qū)域分布分為廠區(qū)、壩區(qū)和備用3部分，每個(gè)部分接線及運(yùn)行方式各有不同，因此備自投的動(dòng)作方式也不同。

3.1 廠區(qū)10 kV系統(tǒng)

根據(jù)廠區(qū)10 kV系統(tǒng)的負(fù)荷供電需求、運(yùn)行方式和接線形式，廠區(qū)備自投包括3級(jí)備投：

第1級(jí)備投：3段母線分列運(yùn)行工況，若1段失電，實(shí)現(xiàn)本段母線進(jìn)線備投。第2級(jí)備投：若本段母線兩條進(jìn)線均失電，實(shí)現(xiàn)母線分段備投。第3級(jí)備投：若兩段母線均失電，實(shí)現(xiàn)外來電源備投。

為保證可靠性，3段母線不可同時(shí)并列運(yùn)行，即兩個(gè)分段開關(guān)不能同時(shí)投入。因此上述第3級(jí)備投是從外來電源取電，而非從第3段取電。

圖1 廠區(qū)10 kV供電系統(tǒng)圖

根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式及3級(jí)備投的動(dòng)作邏輯，廠區(qū)備自投設(shè)計(jì)包括以下方式：

進(jìn)線備投方式：以I母為例，當(dāng)I母獨(dú)立運(yùn)行或I、II母并列運(yùn)行時(shí)（此時(shí)II母進(jìn)線失電），進(jìn)線1、2互為備投，1DL或2DL自動(dòng)投入。

分段備投方式：以I母為例，當(dāng)I母進(jìn)線1、2均失電，9DL自動(dòng)投入。

外來電源備投：當(dāng)其中兩段并列運(yùn)行時(shí)，兩段母線均失電或第3段失電，為避免3段并列，則采用外來電源備投，即3DL或8DL自動(dòng)投入。

自恢復(fù)供電：當(dāng)失電進(jìn)線電源恢復(fù)時(shí)，備自投自動(dòng)恢復(fù)原有供電方式。

以上備自投的動(dòng)作邏輯能適應(yīng)各種運(yùn)行工況，保證供電可靠性，在具體設(shè)計(jì)實(shí)施時(shí)，還應(yīng)考慮備自投裝置的動(dòng)作邏輯詳細(xì)分解、動(dòng)作出口、延時(shí)設(shè)置等問題。

3.2 壩區(qū)10 kV系統(tǒng)

相比廠區(qū)10 kV系統(tǒng)，壩區(qū)10 kV供電系統(tǒng)的接線與運(yùn)行方式相對(duì)簡(jiǎn)單，其備自投動(dòng)作的邏輯為：

分段備投方式：當(dāng)其中1段母線失電，且備投動(dòng)作條件滿足時(shí)，分段開關(guān)3DL自動(dòng)投入，實(shí)現(xiàn)兩段母線并列運(yùn)行。分段備投方式簡(jiǎn)單高效，確保壩區(qū)兩段母線的可靠供電。

圖2 壩區(qū)10 kV供電系統(tǒng)圖

當(dāng)兩段母線并列運(yùn)行時(shí)，如果其中1段母線的電源進(jìn)線恢復(fù)供電，此時(shí)備自投自動(dòng)跳開3DL，恢復(fù)兩進(jìn)線供電，兩段母線分列運(yùn)行。

進(jìn)線備投方式：當(dāng)兩段母線同時(shí)失電，備自投跳開1DL、2DL和3DL。此時(shí)，再對(duì)兩條備用電源進(jìn)線進(jìn)行判斷。如果備用電源進(jìn)線1有壓，則先合3DL，再延時(shí)合4DL。如果備用電源進(jìn)線2有壓，則先合3DL，再延時(shí)合5DL。

當(dāng)進(jìn)線電源恢復(fù)，備自投自動(dòng)將備用電源斷開，恢復(fù)主電源（進(jìn)線1、2）繼續(xù)供電。

3.3 備用10 kV系統(tǒng)

備用10 kV系統(tǒng)接線與運(yùn)行方式與壩區(qū)10 kV系統(tǒng)類似，其備自投的動(dòng)作邏輯與壩區(qū)供電系統(tǒng)基本相同。

分段備投方式：當(dāng)其中1段母線失電，且備投動(dòng)作條件滿足時(shí)，分段開關(guān)3DL自動(dòng)投入，實(shí)現(xiàn)兩段母線并列運(yùn)行。

進(jìn)線備投方式：當(dāng)兩段母線同時(shí)失電，備自投跳開1DL、2DL和3DL。此時(shí)，備自投自動(dòng)投入柴油發(fā)電機(jī)，即自動(dòng)投4DL、5DL。柴油發(fā)電機(jī)僅承擔(dān)大壩、廠房滲漏排水及大壩泄洪負(fù)荷。

圖3 備用10 kV供電系統(tǒng)圖

3.4 400 V供電系統(tǒng)

400 V廠用電系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，基本都采用兩進(jìn)線一分段的接線方式。備自投的動(dòng)作邏輯采用分段備投方式即滿足供電要求，不再贅述。

此外，400 V備自投裝置除具有備投功能外，一般還含有分段保護(hù)等功能，對(duì)備投動(dòng)作十分有利。

圖4 400 V供電系統(tǒng)圖

400 V分段保護(hù)的功能配置一般包括：

（1）復(fù)壓閉鎖過流保護(hù)。

（2）合閘后加速保護(hù)（過流加速段）：手合于故障及備投動(dòng)作合閘于故障加速跳閘。

（3）充電保護(hù)：若分段的任一相電流大于充電電流，則延時(shí)跳分段開關(guān)。

4 備自投裝置定值整定與動(dòng)作配合

糯扎渡水電站廠用電備自投系統(tǒng)廠區(qū)10 kV供電系統(tǒng)采用RCS-9653C型備自投裝置，其余系統(tǒng)采用RCS-9651C裝置。

4.1 定值整定

備自投裝置的定值需根據(jù)相關(guān)整定規(guī)程、設(shè)計(jì)手冊(cè)［4～5］及產(chǎn)品說明書整定，同時(shí)對(duì)廠用電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式均需詳細(xì)研究。主要原則如下：

（1）母線或進(jìn)線有壓定值可整定為70%Un，無壓?jiǎn)?dòng)定值、無壓合閘定值可整定為30%Un。其中Un為電壓互感器額定二次電壓值。

（2）進(jìn)線無流檢測(cè)定值可整定為0.1 A。

（3）備投失壓跳閘時(shí)限，根據(jù)10 kV、400 V系統(tǒng)運(yùn)行方式及動(dòng)作邏輯整定。

對(duì)于400 V備自投裝置所配置的分段保護(hù)，其定值整定原則為：

過流保護(hù)：投入一段過流保護(hù)，按躲過分段最大負(fù)荷電流整定，動(dòng)作時(shí)限應(yīng)能躲過母線上所有負(fù)荷中最長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)限。投入復(fù)壓閉鎖條件，低壓條件可整定為70%Un，負(fù)序電壓根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般可整定為4 V。

過流加速保護(hù)：按躲過分段的最大負(fù)荷電流整定，動(dòng)作時(shí)限可整定為0.1 s。

充電保護(hù)：充電過流定值按躲過分段的最大負(fù)荷電流整定。

4.2 動(dòng)作配合

備自投動(dòng)作配合包括兩級(jí)備投時(shí)限配合及同級(jí)備投之間的配合等問題。

（1）失壓跳閘延時(shí)：對(duì)于10 kV、400 V兩級(jí)廠用電系統(tǒng)，兩級(jí)備自投裝置不能同時(shí)動(dòng)作，否則備投成功率低，不利于運(yùn)行安全。為避免在10 kV電源進(jìn)線失電時(shí)，兩級(jí)（10 kV、400 V）備自投裝置同時(shí)動(dòng)作，并根據(jù)先投電源側(cè)，再投負(fù)荷側(cè)的原則，400 V備自投的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)大于10 kV備自投動(dòng)作時(shí)間，等待10 kV備自投動(dòng)作成功。當(dāng)10 kV備自投動(dòng)作不成功時(shí)，400 V備自投才能動(dòng)作。

（2）有壓跳閘延時(shí)：有壓跳閘用于自恢復(fù)供電方式，當(dāng)進(jìn)線恢復(fù)供電時(shí)，確認(rèn)進(jìn)線的電源可靠后延時(shí)啟動(dòng)自恢復(fù)。

對(duì)于備自投配合，除了10 kV與400 V兩級(jí)備自投必須嚴(yán)格配合外，廠區(qū)10 kV、壩區(qū)10 kV和備用10 kV 3個(gè)系統(tǒng)之間也需要嚴(yán)格配合，壩區(qū)、備用10 kV系統(tǒng)的備自投動(dòng)作時(shí)間應(yīng)大于廠區(qū)備投的動(dòng)作時(shí)間。

5 結(jié)論

文章分析了糯扎渡水電站廠用電系統(tǒng)的特點(diǎn)，通過對(duì)兩級(jí)備自投系統(tǒng)的動(dòng)作邏輯、實(shí)現(xiàn)配合等問題進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，解決了廠用電系統(tǒng)的控制問題。

大型水電站廠用電系統(tǒng)接線、運(yùn)行方式均非常復(fù)雜，廠用電的供電可靠性至關(guān)重要，備自投系統(tǒng)合理配置和設(shè)計(jì)是確保水電站安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

［1］GB/T 14285-2006繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］NB/T 35010-2013水力發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］熊為群，陶 然.繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置及二次回路［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［4］高春如.大型發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)整定計(jì)算與運(yùn)行技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［5］能源部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)-電氣二次部分［M］.北京：中國電力出版社，2011.

TM762.1

B

1672-5387（2016）10-0019-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.10.006

2016-06-17

古樹平（1986-），男，工程師，從事水電站控制與保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。