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        孤網(wǎng)運行電站廠用電系統(tǒng)保障

        2019-10-30 01:06:02
        水電站機電技術(shù) 2019年10期
        關(guān)鍵詞:巴哈廠用電發(fā)電機組

        喬 濤

        (中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業(yè)部,云南 昆明650032)

        1 加蓬大布巴哈水電站情況概述

        加蓬大布巴哈水電站位于加蓬奧果韋河上,距離弗朗斯維爾(加蓬第三大城市)直線距離15 km,電站安裝4臺45.76 MW混流式水輪發(fā)電機組。電站主體工程有大壩、廠房、引水隧洞、調(diào)壓塔、進場公路;一條45 km 220 kV輸電線路與220/63 kV莫安達變電站連接,單獨向COMILOG錳礦廠供電;一條24 km的63 kV輸電線路與弗朗斯維爾擴建63 kV變電站連接,可向弗朗斯維爾供民用電。

        同與弗朗斯維爾變電站連接的還有當?shù)仉娏維EEG運行的小布巴哈水電站,該電站裝機容量為4×5.8 MW+2×11.6 MW,可在弗朗斯維爾變電站側(cè)與大布巴哈水電站并網(wǎng),但該變電站由SEEG運行,其僅在小布巴哈水電站機組容量不能滿足弗朗斯維爾民用負荷時才手動合閘與大布巴哈水電站并網(wǎng)運行,2個電站之間無總調(diào)度指揮,因而小布巴哈水電站不能作為大布巴哈水電站廠用電的備用電源。

        2 孤網(wǎng)運行的概念

        孤網(wǎng)是獨立電網(wǎng)的簡稱,一般泛指脫離大電網(wǎng)的小容量電網(wǎng)。我國規(guī)定電網(wǎng)中單機容量一般應(yīng)小于電網(wǎng)總?cè)萘康?%,以保證當該機組發(fā)生甩負荷時,不影響電網(wǎng)的正常運行。如果電網(wǎng)中的機組調(diào)速系統(tǒng)都正常投入,一旦失去小于電網(wǎng)總?cè)萘?%的1臺機組,電網(wǎng)失去的功率可以暫時由網(wǎng)中其他機組承擔,保證電網(wǎng)頻率下降不超過0.2 Hz,轉(zhuǎn)速下降不超過12 r/min,對供電質(zhì)量的影響仍在運行規(guī)程規(guī)定范圍內(nèi)。因此,一般情況下,稱最大單機容量小于電網(wǎng)總?cè)萘?%的電網(wǎng)為大電網(wǎng),反之稱為小網(wǎng),孤立運行的小網(wǎng)稱為孤網(wǎng)。

        大布巴哈水電站單機容量為45.76 MW,在與小布巴哈水電站并網(wǎng)運行時,大布巴哈水電站單機容量約占系統(tǒng)容量的20%,屬于小網(wǎng)運行。由于小布巴哈水電站僅在其容量不滿足弗朗斯維爾民用電負荷時才通過弗朗斯維爾變電站聯(lián)絡(luò)斷路器合閘與大布巴哈水電站并網(wǎng)運行,其余大部分時間大布巴哈水電站獨立運行向COMILOG錳礦廠供電,單機容量占系統(tǒng)容量的25%,形成典型的孤網(wǎng)運行。

        3 孤網(wǎng)運行電站廠用電系統(tǒng)特點

        通常在大電網(wǎng)運行的電站,高、低壓廠用電系統(tǒng)均配置有兩段以上母線運行,供電模式主要有:①電站發(fā)電機組供電;②電網(wǎng)電源通過主變反送供電;③通過啟動備用柴油發(fā)電機組供電。

        孤網(wǎng)運行電站,無電網(wǎng)電源作為廠用電系統(tǒng)的備用電源。事故停機時,需運維人員啟動柴油發(fā)電機恢復(fù)廠用電,大大降低了廠用電系統(tǒng)的可靠性。造成事故停機后供電中斷時間較長,嚴重影響供電質(zhì)量。

        4 大布巴哈水電站廠用電系統(tǒng)概述

        4.1 大布巴哈水電站廠用電系統(tǒng)配置

        大布巴哈水電站廠用電系統(tǒng)設(shè)計有2臺10.5/0.4 kV廠用變壓器,1~2號發(fā)電機組供1號廠用變壓器TL12,3~4號發(fā)電機組供2號廠用變壓器TL34,每臺變壓器10 kV側(cè)的兩個斷路器(TL12-CB11、TL12-CB12;TL34-CB11、TL34-CB12)配 置有RCS-9651C-EN備自投裝置,經(jīng)現(xiàn)場試驗,邏輯正確、動作可靠,實現(xiàn)了第一級備自投功能。

        400 V母線側(cè)低壓配電柜配置有第二級備自投裝置,控制 TL12-CB2、AB-CB2、TL34-CB2,切換1~2號廠用變及A、B段母線的運行狀態(tài)。A段母線配置有2臺800 kW的柴油發(fā)電機組GE1、GE2作為備用電源。

        廠用電的主要負荷均從400 V母線A、B段分別取電,柜內(nèi)配置有主、備電源自動切換裝置,實現(xiàn)第三級備自投功能。

        大布巴哈電站廠用電系統(tǒng)圖見圖1。

        圖1 大布巴哈電站廠用電系統(tǒng)圖

        4.2 大布巴哈水電站廠用電系統(tǒng)存在問題

        (1)由于廠用電均由各臺發(fā)電機組提供,而長期的運行經(jīng)驗表明,孤立電網(wǎng)負荷波動較大,事故信號時常觸發(fā)多臺運行發(fā)電機組同時事故停機。若出現(xiàn)運行發(fā)電機組同時跳GCB事故停機,因孤網(wǎng)運行電站無電網(wǎng)電源作為廠用電系統(tǒng)的備用電源,所以現(xiàn)有備自投系統(tǒng)并不能保障廠用電系統(tǒng)不失電。

        (2)現(xiàn)有廠用電備自投系統(tǒng)不具備自啟動備用柴油發(fā)電機的功能,廠用電失電后需運行人員先人工完成倒閘操作,再到柴油機房(距電站中控室較遠)啟動柴油發(fā)電機組向廠用電供電,之后才能啟動水輪發(fā)電機組,恢復(fù)對電網(wǎng)的供電。熟練運行人員完成該套操作約需30 min,操作設(shè)備較多,有一定的安全風險。而且主要供電用戶COMILOG錳礦廠不允許出現(xiàn)長時間的停電事故,在其生產(chǎn)過程中出現(xiàn)長時間停電將對生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量造成較大影響。

        5 孤網(wǎng)運行電站廠用電系統(tǒng)的改進

        大布巴哈水電站針對投運后發(fā)現(xiàn)的上述問題進行了試驗驗證及相關(guān)負荷計算,對廠用電系統(tǒng)進行了以下改進措施。

        5.1 備自投裝置改進

        對現(xiàn)有第二級(400 V母線側(cè))備自投系統(tǒng)進行改進,使其邏輯功能符合孤網(wǎng)運行電站的需要。通過與柴油發(fā)電機廠家溝通,并于現(xiàn)場測試柴油發(fā)電機具備遠程啟動的功能。遠方啟動信號閉合后延時2 s啟動柴油機,從啟動柴油機到電壓穩(wěn)定400 V為34 s,遠方啟動信號閉合到電壓正常共計36 s。遠方啟動信號消失后,延時92 s柴油機停止工作。36 s的啟動時間可以滿足運行中的機組不會由于輔機系統(tǒng)中斷事故停機。因而可以將柴油發(fā)電機作為可以自動投入的備用電源。改進后的400 V廠用電備自投系統(tǒng)邏輯見圖2。

        圖2 400 V廠用電備自投系統(tǒng)邏輯圖

        (1)正常運行工況期間,當2號廠用變壓器故障時,PT02電壓消失,PT01電壓正常,斷開2號廠變低壓側(cè)斷路器2 ZKK(TL34-CB2),延時T4合上AB段與B段聯(lián)絡(luò)斷路器4 ZKK(AB-CB2),由1號廠變帶全廠運行,流程A-1。

        (2)1 號廠變帶全廠運行期間,1 ZKK(TL12-CB2)合閘,PT01有電壓,當2號廠變故障恢復(fù)(PT02)且電壓恢復(fù)后,斷開AB段與B段聯(lián)絡(luò)斷路器4 ZKK(AB-CB2),延時 T2 合上 2 ZKK(TL34-CB2),恢復(fù)正常運行工況,流程A-2。

        (3)1號廠變帶全廠運行期間,1 ZKK(TL12-CB2)合閘,PT01有電壓,當1號廠變故障時,PT01、PT02電源消失全廠失電,斷開1~2號廠變低壓側(cè)斷路器 1 ZKK(TL12-CB2)和 2 ZKK(TL34-CB2),延時T4合上AB段與B段聯(lián)絡(luò)斷路器4 ZKK(AB-CB2),備自投開出柴油發(fā)電機啟動信號DO5(或DO6),啟動1號(或2號)柴油發(fā)電機組,當PT03(或PT04)電壓大于 95% Ue(380 V)后,合 5 ZKK(G1-CB)(或6 ZKK),用一臺柴油發(fā)電機對全廠供電,流程A-3。

        (4)一臺柴油發(fā)電機對全廠供電期間,5 ZKK(G1-CB)(或 6 ZKK)合閘,PT03(或 PT04)有電壓(U≥380 V),當1號廠變故障恢復(fù)(PT01)且電壓恢復(fù)后,斷開 5 ZKK(G1-CB)(或 6 ZKK),斷開備自投柴油機啟動信號DO5(或DO6),延時T1合上1 ZKK(TL12-CB2)、延時 T4 合上母聯(lián) 4 ZKK(AB-CB2),由1號廠變帶全廠供電,流程A-4。

        (5)流程 B-1、B-2、B-3、B-4 與 A-1、A-2、A-3、A-4類似,不再詳述。

        (6)正常運行工況期間:1~2號廠變故障:PT01、PT02電源消失全廠失電,斷開1~2號廠變低壓側(cè)斷路器 1 ZKK(TL12-CB2)和 2 ZKK(TL34-CB2),延時T4合上母聯(lián)斷路器4 ZKK(AB-CB2),備自投開出柴油發(fā)電機啟動信號DO5(或DO6),啟動1號(或2號)柴油發(fā)電機組,當PT03(或PT04)電壓大于95% Ue(380 V)后,合 5 ZKK(G1-CB)(或 6 ZKK),用一臺柴油發(fā)電機對全廠供電,流程C。

        (7)一臺柴油發(fā)電機對全廠供電期間,5 ZKK(G1-CB)(或 6 ZKK)合閘,PT03(或 PT04)有電壓(U≥380 V),當1號廠變和2號廠變故障同時恢復(fù),PT01和PT02均有電壓(U≥380 V),斷開柴油發(fā)電機 5 ZKK(G1-CB)(或 6 ZKK)和母聯(lián) 4 ZKK(AB-CB2)開關(guān),斷開備自投柴油機啟動信號DO5(或DO6),延時 T1 合上 1 ZKK(TL12-CB2),延時 T2 合上 2 ZKK(TL34-CB2),恢復(fù)正常運行工況,流程D。

        兩臺柴油發(fā)電機組GE1、GE2互為主、備用,配置主備用切換開關(guān)SA,可在停機態(tài)時,由運維人員進行兩臺柴油發(fā)電機之間的切換,并將主用柴油發(fā)電機組設(shè)置情況反饋至備自投系統(tǒng),確保備自投控制正確。

        兩臺柴油發(fā)電機組與1~2號廠變低壓側(cè)斷路器5 ZKK(G1-CB)、6 ZKK(G2-CB)與1 ZKK(TL12-CB2)、2 ZKK(TL34-CB2)之間必須有可靠的電氣閉鎖,防止1~2號廠用變供電時柴油發(fā)電機組誤投入,非同期合閘造成設(shè)備短路事故。

        2 臺柴油發(fā)電機組 5 ZKK(GE1-CB)、6 ZKK(GE2-CB)之間必須有可靠的電氣閉鎖,防止誤將兩臺柴油發(fā)電機同時投運,非同期并網(wǎng)造成設(shè)備短路事故。

        運維人員需定期維護檢查柴油發(fā)電機組,確保主用設(shè)備正常。以保障400 V廠用電A、B段同時失電時,備自投可以啟動柴油發(fā)電機投入供電。

        5.2 增設(shè)失壓脫扣裝置

        大布巴哈水電站內(nèi)將負荷種類分為3類:

        (1)Ⅰ類負荷:直接影響機組安全運行的負荷,照明負荷;

        (2)Ⅱ類負荷:通風、消防、檢修滲漏排水、空壓機等電站公用系統(tǒng);

        (3)Ⅲ類負荷:除Ⅰ、Ⅱ以外的其他負荷。

        一臺柴油發(fā)電機的容量為800 kW,經(jīng)現(xiàn)場統(tǒng)計A、B段母線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類負荷合計約有1 500 kW>800 kW,柴油發(fā)電機不足以支持其正常運行。而一臺水輪發(fā)電機組安全運行需要的Ⅰ類負荷僅為212 kW<800 kW,柴油發(fā)電機可以支持其正常運行。

        大布巴哈電站在Ⅱ、Ⅲ類負荷開關(guān)前端增設(shè)失壓脫扣裝置,并設(shè)置動作延時為3 s。第一級10 kV側(cè)備自投動作切換供電的時間約為0.3 s,第二級備自投在1、2號廠用變壓器不同供電方式下切換時間約為0.6 s。因而僅在A、B段母線同時失電,備自投啟動柴油發(fā)電機供電時失壓脫扣裝置才會動作,切除Ⅱ、Ⅲ類負荷。在水輪發(fā)電機組正常啟動,廠用電恢復(fù)正常運行工況后再由運行人員手動恢復(fù)Ⅱ、Ⅲ類負荷的供電。同時為確保泄水系統(tǒng)閘門在失電情況下可操作,按《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》要求增加“無動力液控應(yīng)急操作裝置”即可在無電源情況下開關(guān)閘門。

        6 結(jié)語

        孤網(wǎng)運行電站的廠用電系統(tǒng)無電網(wǎng)電源的支持,造成其運行可靠性大大降低。因而大布巴哈電站在運行實踐中進行改進,將柴油發(fā)電機組作為自啟動的備用電源投入運行。提高了廠用電系統(tǒng)的可靠性,并且大大減少了出現(xiàn)事故后的恢復(fù)時間,避免用戶側(cè)出現(xiàn)長時間停電事故,提高了供電質(zhì)量及電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。

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