瀑布溝水電站廠用電系統(tǒng)分析

劉 鶴，劉芬香

(國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304)

瀑布溝水電站廠用電系統(tǒng)分析

劉 鶴，劉芬香

(國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304)

文章瀑布溝水電站共裝設(shè)6臺600MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用功能，枯水期擔(dān)負(fù)峰腰荷，豐水期主要擔(dān)負(fù)基荷和部分腰荷，是四川電力系統(tǒng)中的骨干電站之一。介紹了瀑布溝水電站廠用電系統(tǒng)的接線特點(diǎn)和運(yùn)行方式，結(jié)合廠用電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況分析了廠用電系統(tǒng)在異常情況下的供電可靠性和存在的安全隱患，并對安全隱患提出了改進(jìn)的建議。

瀑布溝；廠用電；運(yùn)行方式；可靠性

0 引 言

瀑布溝水電站共裝設(shè)6臺600MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用功能，枯水期擔(dān)負(fù)峰腰荷，豐水期主要擔(dān)負(fù)基荷和部分腰荷，是四川電力系統(tǒng)中的骨干電站之一。電站由地下主廠房、地面副廠房和大壩進(jìn)水口及防汛設(shè)施3部分構(gòu)成[1]。

鑒于瀑布溝水電站在四川電網(wǎng)的重要性，廠用電系統(tǒng)必須確保電站設(shè)備的可靠供電。電站6臺機(jī)組均采用單元接線方式，即每臺機(jī)出口均裝有機(jī)組出口斷路器和主變壓器，主廠用電變壓器由每臺主變壓器的低壓側(cè)接入，共6臺20 kV廠用變壓器向廠用系統(tǒng)供電，作為廠用系統(tǒng)的主用電源，并從瀑布溝施工變電站接入三路電源作為備用電源。此外設(shè)計(jì)柴油發(fā)電機(jī)組作為機(jī)組黑啟動及防汛備用電源，保證電站廠用電系統(tǒng)較高的運(yùn)行可靠性。

1 廠用電系統(tǒng)接線方式

瀑布溝水電站廠用電系統(tǒng)分為10 kV、6 kV及400 V3個電壓等級，10 kV、6 kV系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地的小電流接地系統(tǒng)，400 V廠用電系統(tǒng)為中性點(diǎn)直接接地的大電流接地系統(tǒng)[2]。廠用電系統(tǒng)分為地下廠房廠用電系統(tǒng)(見圖1)和地面副廠房廠用電系統(tǒng)(見圖2)。地下廠房廠用電系統(tǒng)主要為廠內(nèi)機(jī)組、主變等主輔設(shè)備和地下廠房內(nèi)公用設(shè)備的供電，地面副廠房廠用電系統(tǒng)主要為地面副廠房公用設(shè)備、GIS出線設(shè)備、庫區(qū)防汛設(shè)施及機(jī)組工作閘門供電。

圖一 地下廠房廠用電系統(tǒng)

圖2 地面副廠房廠用電系統(tǒng)

1.1 廠用系統(tǒng)電源

10kV系統(tǒng)每段母線上均設(shè)計(jì)有3個電源點(diǎn)：1CB～6CB分別作為10 kVⅠ～Ⅵ 段母線的主用電源，并通過Ⅱ段和Ⅶ段、Ⅴ段和Ⅷ段之間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)向地面副廠房廠用系統(tǒng)Ⅶ、Ⅷ段母線供電；通過相鄰母線之間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)、施工變電站備用電源和柴油發(fā)電機(jī)來作為各段母線備用電源，見表1。

表1 廠用系統(tǒng)母線電源分布表

從廠用電電源分布可以看出，廠內(nèi)10 kVⅠ～Ⅷ每段母線均有兩個備用電源，當(dāng)10kV任意一段母線失去電源時(shí)，優(yōu)先考慮組內(nèi)兩段母線聯(lián)絡(luò)運(yùn)行的方式，當(dāng)10kV廠用電不滿足組內(nèi)互為備用或停電，考慮組間聯(lián)絡(luò)運(yùn)行或用外來電源供電。例如：10 kVⅠ段母線正常運(yùn)行時(shí)由1CB通過Ⅰ段進(jìn)線開關(guān)供電，當(dāng)Ⅰ段進(jìn)線開關(guān)跳閘后，若Ⅰ段相鄰的Ⅱ段在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行方式(即單母運(yùn)行方式)，則合上Ⅰ、Ⅱ段間聯(lián)絡(luò)開關(guān)由Ⅱ段母線作為第一備用電源供電，否則則有外來電源作為第二備用電源供電。各備用電源按照優(yōu)先權(quán)的不同，在電氣回路上設(shè)計(jì)閉鎖回路，保證無論在何種工況下，只能有一路電源投入。

1.2 10kV系統(tǒng)

全站10kV系統(tǒng)共有8段母線，見圖3。由6臺主廠用變壓器1CB～6CB通過進(jìn)線開關(guān)分別送電至10kV第Ⅰ段至第Ⅵ段母線，作為10kV廠用系統(tǒng)的主用電源；從施工變電站引入的三路備用電源分別接至Ⅰ段、Ⅵ段及Ⅷ段母線，柴油發(fā)電機(jī)作為機(jī)組黑啟動和防汛電源接至第Ⅶ段母線。10kV各段母線配電裝置按照集中布置原則設(shè)計(jì)，分為3組，即10kVⅠ、Ⅱ、Ⅲ段，10kVⅣ、Ⅴ、Ⅵ段和10kV Ⅶ、Ⅷ段分別為一組。Ⅰ～Ⅲ段配電裝置布置在地下廠房安裝間下10kV配電室，Ⅳ～Ⅵ段配電裝置布置在地下副廠房10kV配電室，Ⅲ段與Ⅳ段之間通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)連接，Ⅶ、Ⅷ段配電裝置布置在地面副廠房10kV配電室內(nèi)。

圖3 10kV廠用系統(tǒng)接線方式

1.3 6kV系統(tǒng)

瀑布溝水電站設(shè)計(jì)6 kV電壓等級用于全站檢修排水系統(tǒng)和滲漏排水系統(tǒng)供電。6 kV母線有2段(見圖4)，分布由10 kVⅠ段和Ⅵ段供電，通過兩臺干式變壓器降壓至6 kV帶兩段6 kV母線運(yùn)行。兩段6kV母線之間設(shè)有聯(lián)絡(luò)開關(guān)，通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)實(shí)現(xiàn)互為備用，保證檢修、滲漏排水系統(tǒng)供電可靠性。

圖4 6kV廠用系統(tǒng)接線

1.4 400V系統(tǒng)

400 V系統(tǒng)主要包括機(jī)組自用電、公用電、照明電、機(jī)組進(jìn)水口、泄洪洞、泄洪道、壩體泵房、水廠及尼日河首部配電系統(tǒng)等負(fù)荷。各400 V系統(tǒng)均有兩段母線，每段母線均通過干式變由10 kV不同段母線供電，兩段母線之間設(shè)有聯(lián)絡(luò)開關(guān)，互為備用，保證供電可靠性。

2 廠用電系統(tǒng)運(yùn)行方式

2.1 10kV系統(tǒng)運(yùn)行方式

在正常運(yùn)行工況下，主廠用變壓器1CB～6CB分別帶10kVⅠ～Ⅵ段，各段分段運(yùn)行，備用電源自動投入裝置退出運(yùn)行，母聯(lián)開關(guān)在分閘位置。10kVⅡ段帶Ⅶ段運(yùn)行，Ⅴ段帶Ⅷ段運(yùn)行，Ⅶ段與Ⅷ段分段運(yùn)行，母聯(lián)開關(guān)在分閘位置，備用電源自動投入裝置退出運(yùn)行。施工變電站備用電源線路充電，處于備用狀態(tài)。

2.2 6kV系統(tǒng)運(yùn)行方式

6kV系統(tǒng)Ⅰ段和Ⅱ段分段運(yùn)行，兩段互為備用，母聯(lián)開關(guān)在分閘位置，備自投裝置投入運(yùn)行。當(dāng)一段母線失電時(shí)，備自投裝置若檢測到另外一段母線電壓正常，則首先動作斷開失電母線進(jìn)線開關(guān)，再合上母聯(lián)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)備用電源投入供電。

2.3 400V系統(tǒng)運(yùn)行方式

各400V系統(tǒng)正常情況下均為分段運(yùn)行，兩段互為備用，母聯(lián)開關(guān)在分閘位置，備自投裝置投入運(yùn)行，當(dāng)其中一段失去電源后，備自投裝置動作合上母聯(lián)開關(guān)。

3 廠用電系統(tǒng)在異常情況下的可靠性分析

瀑布溝水電站廠用電電源分別由主廠用變壓器取自電站送出系統(tǒng)(送至四川電網(wǎng)東坡變電站)和電站施工變電站，兩者屬于不同地區(qū)電網(wǎng)，單個變電站電源消失不影響電站廠用系統(tǒng)電源的供應(yīng)，提高了電站廠用系統(tǒng)的供電可靠性。

正常情況下，取自施工變電站的備用電源線路充電備用，施工變電站事故只會使電站廠用電失去備用電源，對廠用電系統(tǒng)正常供電不構(gòu)成影響。

若東坡變電站事故或瀑布溝至東坡變四條送出線路均故障跳閘時(shí)，則有可能造成廠用電失去主用電源，此時(shí)需要運(yùn)行人員分別投入10kVⅠ段、Ⅵ段、Ⅷ段的施工變外來電源供電，廠用電可較快的恢復(fù)，仍具有較高的可靠性。2011年1月5日，受冰雪天氣影響，500kV布坡Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四回線路相繼跳閘，開關(guān)站全站失壓，廠用系統(tǒng)主電源失電，運(yùn)行人員及時(shí)投入施工變電站外來電源，并啟動柴油發(fā)電機(jī)備用，保證各設(shè)備供電，使機(jī)組快速恢復(fù)正常運(yùn)行。

啟動柴油發(fā)電機(jī)，通過黑啟動機(jī)組恢復(fù)廠用電。

在發(fā)生廠用電主用電源和施工變備用電源同時(shí)中斷時(shí)，可以利用啟動柴油發(fā)電機(jī)倒送電至地下廠房廠用電系統(tǒng)，向黑啟動機(jī)組的自用電系統(tǒng)供電，保證黑啟動機(jī)組具備開機(jī)能力，并接帶廠用電。瀑布溝水電站已成功進(jìn)行機(jī)組黑啟動試驗(yàn)，由柴油發(fā)電機(jī)通過10 kVⅦ段倒送電至10 kVⅡ段，為黑啟動機(jī)組(2號機(jī)組)自用電系統(tǒng)供電，2號機(jī)組黑啟動開機(jī)成功，并在與電網(wǎng)系統(tǒng)中斷的孤網(wǎng)方式下運(yùn)行穩(wěn)定，進(jìn)而逐步恢復(fù)了廠用電系統(tǒng)。

4 廠用電系統(tǒng)安全隱患分析

1)施工變電站T接區(qū)域負(fù)荷多，影響備用電源供電可靠性。施工變電站接有區(qū)域負(fù)荷，線路中時(shí)常有接地故障發(fā)生。施工變開關(guān)柜原接區(qū)域負(fù)荷通過電纜連接架空線，在開關(guān)柜內(nèi)未設(shè)計(jì)避雷器和一次消諧電阻，不能有效防止施工變電站外來電源過電壓造成電站電氣設(shè)備損壞，特別是自動控制裝置、監(jiān)控及通訊系統(tǒng)等設(shè)備損壞。因此，在加強(qiáng)施工變電站的日常維護(hù)和巡視外，需要及時(shí)更換施工變電站相應(yīng)開關(guān)柜并加裝避雷器和一次消諧電阻，并徹底清查所有低壓交流電源裝置是否配備過電壓防護(hù)，并核實(shí)保護(hù)是否滿足技術(shù)要求。

2)作為黑啟動電源的柴油發(fā)電機(jī)容量不足。瀑布溝水電站機(jī)組的技術(shù)供水采用尾水取水方式，需通過增壓泵加壓至需要壓力，增壓泵電機(jī)功率較大，此外還有調(diào)速器油壓裝置和圓筒閥油壓裝置油泵等設(shè)備，機(jī)組輔助設(shè)備負(fù)荷較重。現(xiàn)有柴油發(fā)電機(jī)額定容量為1 000 kW，不能同時(shí)供給技術(shù)供水增壓泵電機(jī)和油泵電機(jī)的啟動和運(yùn)行，為機(jī)組成功黑啟動埋下較大的隱患。需要重新核算機(jī)組輔助設(shè)備負(fù)荷，增加柴油發(fā)電機(jī)容量或優(yōu)化機(jī)組黑啟動流程，避免同時(shí)啟動兩臺大功率電機(jī)。

5 結(jié) 語

瀑布溝水電站廠用電系統(tǒng)的接線方式具有運(yùn)行方式靈活、備用電源可靠、分布相對集中的特點(diǎn)：電站廠用電系統(tǒng)母線段數(shù)較多，每段母線之間均有聯(lián)絡(luò)開關(guān)連接，并在電氣回路上進(jìn)行了閉鎖，能夠有效避免誤操作造成不同電源的并列，確保廠用電系統(tǒng)在各種工況下的安全運(yùn)行。廠用系統(tǒng)每段母線均有多個電源點(diǎn)，各個電源之間相互備用，提高了供電的可靠性。

[1]程黎，陳昌斌，蔡彬.構(gòu)皮灘水電站廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其特點(diǎn)[J].人民長江，2009,40(02)：55-56.

[2]陳辛，邱朝陽，廖圣.大型水電站廠用電系統(tǒng)淺析[J].云南電力技術(shù)，2012,40(04)：84-85.

1007-7596(2014)12-0076-03

2014-10-13

劉鶴(1986- )，男，河南鄭州人，助理工程師；劉芬香(1986- )，女，湖南祁陽人，助理工程師。

TV734

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