瀘定水電站直流系統接線方式設計缺陷及改進措施

楊乾鴻

（四川華電瀘定水電有限公司，四川 瀘定 626100）

0 概述

電站直流系統供給繼電保護、控制信號、開關動力電源、計算機監控、事故照明、交流不間斷電源及機組起勵電源等直流負荷。其運行的可靠性，是保證電站安全穩定運行的重要條件之一。過去的經驗教訓證明，當直流系統在電力系統發生故障時失靈，繼電保護及斷路器等將失去操作電源而不能跳閘迅速地切除故障，強大的短路電流將燒毀變壓器及發電機等重要的電氣設備，使事故擴大，造成更大的經濟損失。因此，提高電站直流系統安全運行的可靠性、防患于未然至關重要。

瀘定水電站機組及GIS（六氟化硫全封閉開關）直流電源系統采用兩組蓄電池、3套充放電裝置、輻射式供電。其接線方式為單母分段接線，兩段母線分別布置在兩面直流饋電屏內，特殊方式或事故情況下，可手動實現兩段母線并列運行。每組蓄電池和充放電裝置各接于一段直流母線，第3套充放電裝置作為備用，可在兩段母線之間切換。當任一工作充放電裝置退出運行時，可手動投入第3套充放電裝置。

1 瀘定水電站機組及GIS直流系統存在的問題及分析

瀘定水電站機組及GIS直流電源系統的主要負荷是電站內最重要的控制保護設備，其電源必須保證連續供電，其接線方式見圖1。

圖1 直流電源接線示意

圖1這種接線方式在兩組充放電裝置、蓄電池組以及回路中各設備都運行正常的情況下，可對負荷提供可靠連續的電源，保證設備的安全穩定運行是沒有任何問題的。其運行方式為直流母線分段，1號充放電裝置和1號蓄電池組供1段母線負荷，2號充放電裝置和2號蓄電池組供Ⅱ段母線負荷，3號充放電裝置作為備用。但此種接線方式在某一組蓄電池組故障退出運行或對蓄電池組進行正常的充、放電試驗維護，而將直流母線聯絡解列運行時，則有出現直流母線電源異常中斷的可能。以1號蓄電池組退出，Ⅰ、Ⅱ段直流母線聯絡運行操作為例加以說明。

（1）操作順序。操作1號蓄電池組出口及Ⅰ、Ⅱ段聯絡聯鎖刀閘1QK2，斷開蓄電池組出口側，倒至Ⅰ、Ⅱ段母線聯絡側；斷開1號蓄電池組出口刀容開關1DR；斷開1號充放電裝置出口刀閘1QK1。

（2）存在問題。1QK2作為一個帶有機械閉鎖的聯鎖刀閘，共設置了3個位置，分別是聯接1號蓄電池組出口至Ⅰ段直流母線，中間位置即 “斷開”位置，聯接Ⅰ、Ⅱ段直流母線。當操作人員在進行該刀閘操作時，先是分開1號蓄電池組出口側，然后轉至中間斷開位置，再轉至Ⅰ、Ⅱ段直流母線聯絡位置。在刀閘操作過程中，始終存在一個過渡位置 （即斷開位置），這時1QK2兩邊都不聯絡，并且由于操作人員技術水平和熟練程度不同，還可能有一個時間延時，再加上每操作一步之后設備狀態的檢查時間；則在這短時間內，1號蓄電池組退出運行，Ⅰ、Ⅱ段直流母線還未聯絡，1段直流母線只有1號充放電裝置供電。如果此時廠用電中斷，將使1號充電裝置輸出中斷，造成Ⅰ段直流母線電源消失，進而使Ⅰ段所帶繼電保護和自動裝置電源消失；如果系統故障，則會造成開關跳不開而使事故擴大等問題。

（3）結論。此種直流電源系統結構的設計，從機械方面考慮了防止兩組蓄電池組并列運行，并在操作維護方面簡化了操作流程；但在簡化系統接線，特別是在直流電源系統最重要的可靠性方面存在不足。按照電力工程直流系統設計技術規程的規定，繼電保護裝置和安全自動裝置、斷路器跳閘回路等設備是不允許斷電的，以保證其動作的正確性和可靠性。而此接線方式在極端情況下，可能造成操作維護過程中的電源中斷，是運行維護的隱患。

2 改進措施

針對該直流系統接線方式存在的問題，對其進行改進。根據現場盤柜布置及實際情況，充分征求了設計和廠家的意見，在召開的設計聯絡會上提出了兩套方案。

方案一。在不改變原設計接線方式的情況下，在蓄電池組小母線和負荷母線之間增加1組聯絡刀閘1QK3（2QK3），其改進的接線方式見圖2。

圖2 方案一接線方式

此方案聯絡運行時操作順序為： 合上聯絡刀閘1QK3（2QK3），斷開充放電裝置出口刀閘 1QK1（2QK1），切換聯鎖刀閘1QK2（2QK2）至Ⅰ、Ⅱ段直流母線聯絡側，斷開聯絡刀閘1QK3（2QK3），斷開蓄電池組出口刀容開關1DR。

方案二。改變原設計接線方式，取消聯絡聯鎖刀閘，將其拆分為聯絡刀閘QK，蓄電池組上直流母線聯絡刀閘1QK2（2QK2），其改進接線方式見圖3所示。

圖3 改進方案2示意

此方案聯絡運行時操作順序為：斷開充放電裝置出口刀閘1QK1（2QK1），合上Ⅰ、Ⅱ段直流母線聯絡刀閘QK，斷開蓄電池組上母線聯絡刀閘1QK2（2QK2），斷開蓄電池組出口刀容開關1DR。

總體來看，兩套接線方式在操作中都能有效避免蓄電池組短時退出而造成直流電源突然中斷的情況，提高了供電可靠性。同時，根據電力工程直流系統設計技術規程的規定，在聯絡操作過程中，在兩段直流母線電壓平衡的情況下，允許蓄電池組短時并列而對直流系統的運行方式和蓄電池組的使用壽命不會造成影響。但方案一在原有設計基礎上增加了兩個聯絡刀閘，從而使盤柜內的接線變得復雜，柜內設備布置略顯擁擠，給安裝維護帶來不便；同時，根據更改之后的實際情況，在進行正常的聯絡操作時步驟增加，操作復雜，使誤操作風險增大。而方案二在滿足設計規程要求的前提下，簡化了接線，走線清晰明確，盤柜內設備便于布置，簡化了操作流程，相比較而言具有更大的優勢和可行性。

綜合上述問題進行比較論證之后，最終確定方案二為瀘定水電站機組及GIS直流電源系統改進后的接線方式。

3 結語

直流電源系統作為瀘定水電站是重要的系統之一，必須與其負荷性質及將來電站的運行方式相適應，通過機組及GIS直流電源系統接線方式的合理改進，從設計安裝初始階段就使其既滿足經濟性、可靠性、技術性的要求，又使安裝維護更加方便，避免了可能出現的電源中斷的極端情況，從而為電站的安全可靠運行提供保證。同時建議，在設備運行后的操作維護過程中，特別是在聯絡/解列操作過程中，應制定詳實的操作規程并嚴格執行；做好運行維護人員的培訓工作，防止由于誤操作而使蓄電池組長期并列運行。

［1］ 白忠敏，等.電力工程直流系統設計手冊［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［2］ DL/T 5044—2004 電力工程直流系統設計技術規程［S］.