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        天生橋一級水電站機(jī)組220V直流系統(tǒng)改造

        2020-10-21 09:10:06王夢浩
        廣西水利水電 2020年5期
        關(guān)鍵詞:故障系統(tǒng)

        王夢浩

        (廣東能源集團(tuán)天生橋一級水電開發(fā)有限責(zé)任公司水力發(fā)電廠,貴州 興義 562400)

        1 工程概述

        天生橋一級水電站廠級220 V直流系統(tǒng)接線方式為單母線分段,兩段母線間設(shè)有聯(lián)絡(luò)開關(guān)。正常運行時,兩段母線分段獨立運行,由1臺充電機(jī)承擔(dān)經(jīng)常性負(fù)荷,同時向蓄電池補充充電,以補償電池的自放電;每段母線上均裝設(shè)一套微機(jī)絕緣監(jiān)測儀,巡檢儀可以采集蓄電池組單節(jié)電池電壓、環(huán)境溫度,并將檢測到的數(shù)據(jù)初步處理后傳至集中監(jiān)控器[1]。機(jī)組220 V直流系統(tǒng)采用對頂二極管設(shè)計,有兩路進(jìn)線電源,分別從廠級220 V 直流系統(tǒng)Ⅰ段和Ⅱ段供給,機(jī)組的負(fù)荷通過對頂二極管聯(lián)絡(luò)運行。

        2 改造背景

        現(xiàn)有屏柜于2009年投運,存在以下問題需要解決:

        (1)設(shè)備運行至今已有十余年時間,屏柜內(nèi)電纜和開關(guān)均存在老化現(xiàn)象。

        (2)屏柜內(nèi)使用對頂二極管切換供電,不符合南方電網(wǎng)總調(diào)2012 年12 月24 日《電廠直流電源切換問題討論會議紀(jì)要》的要求,需要整改。

        (3)屏柜內(nèi)部沒有配備絕緣監(jiān)測裝置,不便于直流接地查找。

        (4)饋線開關(guān)分、合信號沒能送至全廠監(jiān)控系統(tǒng),不便于監(jiān)視開關(guān)狀態(tài)。

        為了保證機(jī)組220 V直流分配屏供電可靠及解決上述問題,故對其進(jìn)行技術(shù)改造。

        3 改造內(nèi)容

        3.1 接線方式更改

        機(jī)組220 V直流系統(tǒng)新的接線方式采用單母線分段方式,分為兩段,Ⅰ段和Ⅱ段母線電源分別來自220 V直流系統(tǒng)1號饋線柜和2號饋線柜,進(jìn)線開關(guān)分別為1 ZK 和2 ZK,兩段之間設(shè)置有聯(lián)絡(luò)開關(guān)12 ZK,取消對頂二極管切換供電的接線方式,正常運行時,兩段母線分段獨立運行,每段母線上分布22個饋線開關(guān),兩段母線的負(fù)荷互不影響[2]。

        3.2 增加集中監(jiān)控功能

        集中監(jiān)控器裝于廠級220 V 直流充電柜內(nèi),負(fù)責(zé)對機(jī)組220 V直流系統(tǒng)各段母線的饋線進(jìn)行監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集;接收監(jiān)控中心計算機(jī)發(fā)送來的命令及參數(shù),并將系統(tǒng)運行狀態(tài)及參數(shù)發(fā)送給監(jiān)控中心計算機(jī)[3]。集中監(jiān)控器作為直流屏內(nèi)的智能管理單元,負(fù)責(zé)采集各功能單元輸入/輸出數(shù)據(jù)量、狀態(tài)量,并根據(jù)其本身程序控制各單元的運行狀態(tài),同時將所得直流屏數(shù)據(jù)上傳至后臺(見圖1)。

        監(jiān)控系統(tǒng)采用串行總線結(jié)構(gòu)、分散控制集中管理模式,直流系統(tǒng)中各功能單元均為具有CPU的智能化單元,均具有自診斷能力;單元與單元、單元與監(jiān)控器之間全部是數(shù)字通訊且輸入輸出電氣全隔離;任何一單元故障時,不會影響其他單元的正常運行。先進(jìn)的控制邏輯和通訊校驗算法,可確保在任何干擾環(huán)境下,都不會使系統(tǒng)產(chǎn)生誤動[4]。

        圖1 集中監(jiān)控器原理圖

        3.3 增加微機(jī)絕緣監(jiān)測裝置

        絕緣監(jiān)測儀主機(jī)檢測正負(fù)直流母線的對地電壓,通過對地電壓計算出正負(fù)母線對地絕緣電阻。當(dāng)絕緣電阻低于設(shè)定的報警值時,自動啟動支路巡檢功能。

        母線監(jiān)測采用平衡電橋檢測法[5],平衡電橋法是在絕緣監(jiān)測儀主機(jī)內(nèi)部設(shè)置2 個阻值相同的對地分壓電阻R1、R2,通過它們測得母線對地電壓V1、V2(見圖2)。

        圖2 平衡電橋檢測原理圖

        4 項目施工及管理

        4.1 設(shè)備安裝

        機(jī)組220 V直流系統(tǒng)改造涉及整個機(jī)組段所有的直流電源,涉及面比較廣,風(fēng)險點主要是觸電風(fēng)險,安全措施只需要斷開兩段220 V 直流系統(tǒng)進(jìn)線開關(guān)和機(jī)組逆變電源盤內(nèi)一路220 V 交流進(jìn)線開關(guān),就能保證屏內(nèi)完全停電。

        因機(jī)組220 V直流全部停電,改造施工期間,對于一些特殊負(fù)荷如主變冷卻器控制柜、空調(diào)控制柜僅有交流電供電,為避免控制柜交直流電源全失可能導(dǎo)致PLC 程序丟失的風(fēng)險,主變冷卻器控制柜、空調(diào)控制柜交流電源開關(guān)不得斷開,盡量不做廠用電倒閘操作;對于LCU 現(xiàn)地控制柜、進(jìn)水口事故閘控制柜、過速限制器及接力器鎖定控制箱、滅磁開關(guān)合閘電源、勵磁調(diào)節(jié)器柜、調(diào)速器電調(diào)柜、調(diào)速器機(jī)調(diào)柜、發(fā)電機(jī)滅火控制柜、發(fā)變組故障錄波屏、同期裝置柜、滅磁開關(guān)操作電源、調(diào)速器壓油裝置、制動器及推力軸承氣密封控制箱、勵磁電制動柜、機(jī)組在線監(jiān)測柜等設(shè)備,對其是否供電不作要求。

        根據(jù)《電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路接線施工及驗收規(guī)范》(GB50171-2012)的要求,要對電纜絕緣進(jìn)行測試,要保護(hù)好電纜,使用好備用芯,盡量避免重新敷設(shè)電纜。要確保柜內(nèi)布線美觀,保證直流正負(fù)極接線無誤,多股銅芯軟線需壓線鼻子等基本要求,電纜屏蔽層接地方式符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求,電纜標(biāo)牌及線芯號頭應(yīng)清晰明了[6]。

        4.2 設(shè)備調(diào)試

        廠級220 V 直流系統(tǒng)的1 號饋線柜和1 號充電柜、1號充電柜和2號充電柜、2號充電柜和2號饋線柜之間通過計算機(jī)電纜連接,機(jī)組220 V直流屏與1號充電柜通過計算機(jī)電纜連接,通過RS485通訊將機(jī)組220 V直流屏的絕緣情況和饋線開關(guān)的狀態(tài)上傳到220 V直流系統(tǒng)的主機(jī)上。

        在主機(jī)上對4 臺機(jī)組的地址進(jìn)行定義,每臺機(jī)組對應(yīng)唯一的一個地址,4 臺直流分屏地址依次設(shè)置為1、2、3、4,使之做到一一對應(yīng)。對應(yīng)地址后即可在主機(jī)上正確顯示直流分屏的饋線開關(guān)狀態(tài)。

        對于直流屏的絕緣監(jiān)測功能,在機(jī)組220 V 直流屏的兩端母線上,分別選取備用開關(guān),在端子上接一個100 Ω的電阻,模擬直流系統(tǒng)故障信號,通過直流系統(tǒng)兩端母線的絕緣監(jiān)測裝置的巡檢,找出故障點的位置,準(zhǔn)確判斷出正負(fù)極。

        5 改造后情況

        完成一系列改造后,機(jī)組220 V 直流系統(tǒng)的供電更加可靠,相比之前主要體現(xiàn)在以下3個方面:

        (1)母線的接線方式優(yōu)化后,兩段母線分段運行,重要負(fù)荷在兩段母線上均有,相比對頂二極管設(shè)計,更加安全可靠,符合南方電網(wǎng)的要求。兩端母線互不干擾,也更有利于查找出接地故障。

        (2)機(jī)組220 V 兩段母線均安裝了絕緣監(jiān)測裝置,便于查找直流接地故障,一旦發(fā)生接地故障,監(jiān)測裝置可準(zhǔn)確判斷出故障點的位置,實現(xiàn)了“找得快、找的準(zhǔn)”的功能。

        (3)在直流饋線狀態(tài)監(jiān)測裝置主機(jī)和監(jiān)控系統(tǒng)上可清楚地看到每臺分機(jī)的饋線開關(guān)的狀態(tài),饋線開關(guān)的分合閘狀態(tài)和脫扣狀態(tài)在監(jiān)控系統(tǒng)上可準(zhǔn)確地看到,方便了運行人員對設(shè)備的監(jiān)視[7]。

        6 總結(jié)

        天生橋一級水電站機(jī)組220 V直流分配屏改造后運行正常,可靠性大大提高,各項功能均滿足了當(dāng)前的使用要求,結(jié)構(gòu)更加簡單,裝置故障率有了明顯下降。新的直流裝置還能幫助運行人員在故障時迅速判斷故障點,及時處理異常情況,也大大提高了整個220 V直流系統(tǒng)的供電可靠性和負(fù)荷設(shè)備正常運行的可靠性,解決了以往直流接地故障“找不到、找不準(zhǔn)”的難題,也為其它水電站的直流系統(tǒng)改造提供一定的借鑒作用。

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