李 由， 姚 坤， 何 國(guó) 珍

(1.四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072；2.中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)圣達(dá)水電有限公司，四川 樂山 614013)

1 概 述

安谷水電站是大渡河干流水電梯級(jí)開發(fā)中的最后一級(jí)，壩址位于樂山市安谷河段的生姜坡，距上游沙灣水電站約35 km，下游距樂山市區(qū)約15 km，有省道S103從樞紐區(qū)左岸通過，對(duì)外交通較方便，可將設(shè)備運(yùn)至主廠房安裝間。電站裝機(jī)容量為772 MW，裝設(shè)4臺(tái)單機(jī)容量為190 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組(1-、～4#機(jī)組)和1臺(tái)12 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組(5#機(jī)組，生態(tài)機(jī)組)。電站以220 kV電壓等級(jí)接入電力系統(tǒng)，按無人值班(少人值守)設(shè)計(jì)。該電站全部機(jī)組已于2015年9月投入商業(yè)運(yùn)行。

安谷水電站廠用電系統(tǒng)采用兩級(jí)電壓供電，分別為10 kV高壓廠用電系統(tǒng)和400 V低壓廠用電系統(tǒng)，其組成形式及作用為：

(1)10 kV高壓廠用電系統(tǒng)：由五段母線組成，第一、二段母線進(jìn)線電源分別引自1#、3#機(jī)組離相封閉母線，經(jīng)廠變降壓至10 kV；第三段母線進(jìn)線電纜引自5#機(jī)組10 kV開關(guān)柜(5#機(jī)組出口電壓為10 kV)；第四、五段母線位于電站大壩集控房?jī)?nèi)，進(jìn)線電源分別引自35 kV外來電源和柴油發(fā)電機(jī)。10 kV高壓廠用電系統(tǒng)為機(jī)組自用變、全廠公用變、照明用變、檢修排水深井泵、壩區(qū)配電變、船閘及庫(kù)尾等提供電源。

(2)400 V低壓廠用電系統(tǒng)：由機(jī)組400 V自用電系統(tǒng)、全廠400 V公用電系統(tǒng)、照明400 V用電系統(tǒng)及壩區(qū)400 V配電系統(tǒng)組成，各400 V系統(tǒng)均為兩段母線，為全廠機(jī)組輔助設(shè)備和公用設(shè)備等提供動(dòng)力及輔助電源。

2 安谷水電站10 kV廠用電備自投

2.1 安谷水電站10 kV廠用電系統(tǒng)的運(yùn)行方式

安谷水電站10 kV廠用電系統(tǒng)見圖1。

圖1 10 kV廠用電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

10 kV廠用電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，1SM、2SM、3SM分別獨(dú)立運(yùn)行，即1G8、2G5母聯(lián)開關(guān)斷開，4G3、5G4斷開。壩區(qū)供電(4SM、5SM)由3SM提供，即3G8、4G7為常閉。1SM與5SM通過1G4、5G3的連接回路不納入10 kV備自投控制范圍，但需進(jìn)行相關(guān)閉鎖接線。

當(dāng)10 kV廠用電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，故障運(yùn)行方式為：

①10 kV母線1SM失電，判斷2SM母線是否有電？若有，則斷開1G5，合上1G8。

②10 kV母線2SM失電，判斷3SM母線是否有電？若有，則斷開2G3，合上2G5。

③10 kV母線3SM失電，判斷2SM母線是否有電？若有，則合上2G5。

④10 kV母線1SM、2SM失電，判斷3SM母線是否有電？若有，則斷開1G5、2G3，合上1G8、2G5。其他兩段母線失電情況同理。

⑤10 kV母線1SM、2SM、3SM同時(shí)失電，則斷開1G5、2G3、6SG，合上4G3、1G8、2G5，由外來電源供電。

⑥10 kV母線1SM、2SM、3SM、4SM同時(shí)失電，則斷開1G5、2G3、4G3、3G8、6SG、5G3，合上4G7、5G4,以保證大壩供電。

其中柴油發(fā)電機(jī)(DG)采用手動(dòng)啟動(dòng)方式。

2.2 備自投運(yùn)行方式及閉鎖條件

安谷水電站10 kV廠用電系統(tǒng)采用1臺(tái)由太原合創(chuàng)生產(chǎn)的WBT196D-IV分段備用電源自投裝置以實(shí)現(xiàn)備自投功能。

設(shè)計(jì)初期，斷路器合閘閉鎖條件按照廠用電正常運(yùn)行及各種故障運(yùn)行方式設(shè)計(jì)。其閉鎖方式較為復(fù)雜，例如1G5進(jìn)線斷路器，考慮到正常運(yùn)行及故障運(yùn)行時(shí)，其閉鎖條件見圖2。

圖2 10 kV廠用電系統(tǒng)1G5合閘閉鎖條件示意圖

如圖2所示，1G5斷路器閉鎖條件由三部分組成：

(1)正常運(yùn)行時(shí)，1SM母線相關(guān)的母聯(lián)斷路器必須全部斷開1G5才能合閘，由THA1為1SM母線供電；

(2)當(dāng)2SM母線發(fā)生供電故障且3SM正常運(yùn)行、需要由1SM母線帶2SM母線時(shí)，2SM母線與3SM相關(guān)的母聯(lián)斷路器及2SM母線進(jìn)線斷路器必須全部斷開，且1SM母線與2SM母聯(lián)斷路器合閘及1SM母線與3SM母線無關(guān)聯(lián)，1G5才能合閘，由1SM母線帶2SM母線；

(3)當(dāng)2SM母線和3SM母線同時(shí)發(fā)生故障、需由1SM母線帶2SM/3SM母線時(shí)，與2SM/3SM母線相關(guān)的進(jìn)線斷路器必須全部斷開，且4SM/5SM母線均無外來電源，1SM/2SM及 2SM/3SM的母聯(lián)斷路器合閘后1G5才能合閘，由1SM母線帶2SM、3SM母線。

由此可見，該閉鎖條件考慮運(yùn)行工況較多，各個(gè)閉鎖條件亦非常繁瑣，并且由正常運(yùn)行轉(zhuǎn)變至故障運(yùn)行時(shí)邏輯判斷亦較多，不利于備自投程序的簡(jiǎn)潔化。過多的判據(jù)反而可能導(dǎo)致備自投邏輯判斷進(jìn)入死循環(huán)，從而導(dǎo)致備自投裝置無法滿足電廠的實(shí)際運(yùn)行要求。

經(jīng)過與備自投廠家和業(yè)主方多次溝通探討后決定，各個(gè)斷路器的閉鎖條件不再基于正常以及故障運(yùn)行工況設(shè)計(jì)，僅考慮是否非同期合閘作為斷路器的合閘條件。因?yàn)闊o論是在正常工況運(yùn)行或在故障情況運(yùn)行，斷路器合閘的基準(zhǔn)都是避免出現(xiàn)非同期合閘，所以，只要能保證斷路器合閘時(shí)一段母線僅有一路電源進(jìn)入，即能避免出現(xiàn)非同期合閘。1G5斷路器合閘閉鎖條件優(yōu)化后的情況見圖3。

圖3 優(yōu)化后10 kV廠用電系統(tǒng)1G5合閘閉鎖條件圖

1G5斷路器優(yōu)化閉鎖條件后，只需當(dāng)1SM母線相關(guān)的母聯(lián)斷路器全部處于分閘狀況，1G5進(jìn)線斷路器即可以進(jìn)線合閘操作，由THA1帶1SM母線的所有負(fù)荷。如此實(shí)施，不僅大大減少了斷路器合閘回路的閉鎖接線，同時(shí)亦能滿足正常以及故障運(yùn)行時(shí)1G5斷路器的閉鎖條件。

同時(shí)，對(duì)于備自投的邏輯控制，我們?cè)谂c業(yè)主溝通并滿足閉鎖條件的情況下亦進(jìn)行了相應(yīng)優(yōu)化，僅保留1G5備自投且考慮四種動(dòng)作邏輯，具體情況見圖4、5、6、7。

圖4 2母?jìng)溆?母動(dòng)作邏輯圖

(1)第一種動(dòng)作邏輯；2母?jìng)溆?母(注：1母?jìng)溆?母與之類似)。

(2)第二種動(dòng)作邏輯：3母?jìng)溆?母、2母。

圖5 3母?jìng)溆?母、2母動(dòng)作邏輯圖

(3)第三種動(dòng)作邏輯：4進(jìn)備用帶3、4、5母。

圖6 4進(jìn)備用帶3、4、5母動(dòng)作邏輯圖

(4)第四種動(dòng)作邏輯：?jiǎn)?dòng)柴油發(fā)電機(jī)。

3 結(jié) 語

安谷水電站10 kV廠用電系統(tǒng)按照優(yōu)化后的備自投及閉鎖條件方案投運(yùn)后，據(jù)電站運(yùn)行人員反饋信息得知，備自投運(yùn)行狀況良好，其廠用電系統(tǒng)可靠性高?？傊?，對(duì)于電站的廠用電備自投系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)基于可靠、簡(jiǎn)潔、邏輯清晰等因素，以利于電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行及后期的運(yùn)行維護(hù)。

(1)以上邏輯圖中的3G4開關(guān)等同于6SG開關(guān)。(2)經(jīng)與業(yè)主溝通，除以上邏輯外，增加了一種備自投方式：Ⅲ段母線失電、Ⅳ段母線進(jìn)線有電，斷開6SG、2G5開關(guān)，由外來電源4G3開關(guān)自投帶Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ段母線,此處不再列出其邏輯圖。圖7 啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)動(dòng)作邏輯圖