水電廠機組大型技改中的保廠用電措施

周二保，江學奎

(大唐陳村水力發(fā)電廠，安徽 宣城 242500)

水電廠機組大型技改中的保廠用電措施

周二保，江學奎

(大唐陳村水力發(fā)電廠，安徽 宣城 242500)

廠用電系統(tǒng)在水電廠安全生產(chǎn)中具有重要地位。對某水電廠廠用電的運行方式及風險進行了分析，介紹了該水電廠3號機組大型技改一些關鍵環(huán)節(jié)中所采取的針對性保廠用電措施，并對如何保證廠用電的可靠性進行了分析和探討。

水電廠；技改；廠用電；可靠性

0 引言

水電廠廠用電是指水電廠的生產(chǎn)、輔助和公用設備及照明所使用的電源。如果廠用電系統(tǒng)供電可靠性差，一旦發(fā)生全廠交流系統(tǒng)失電，則可能導致發(fā)電機組與電網(wǎng)解列。如果廠房動力設備失電處理不及時或不正確，也有可能造成事故擴大，導致發(fā)電機組主、輔設備損壞或全廠停電。

某水電廠2012年底開始對3號機組進行大型技術改造，工程涉及定子鐵芯和線圈更換、轉子磁極線圈更換以及水輪機過流部件頂蓋、底環(huán)、活動導葉及其附件改造等。如何確保機組改造過程中廠用電運行的可靠性，尤其是在關鍵環(huán)節(jié)中的運行安全，顯得尤為重要。

1 廠用電運行方式及風險分析

該水電廠廠用電400?V低壓母線采用單母分段接線方式，設有2臺10?kV廠變，電源取自機組與主變低壓側之間；另外，壩上設1臺壩變作為備用電源，壩頂還安裝1臺柴油發(fā)電機(131?kW)作為事故保安電源。正常運行方式由1號廠變帶400?V廠母Ⅰ，Ⅱ段通過00開關聯(lián)絡運行供全廠廠用電。該電廠電氣主接線如圖1所示。

圖1 水電廠電氣主接線示意

廠用電系統(tǒng)裝設有備用電源自動投切裝置，采用PLC控制。當工作電源因故失電時，備用電源自動投入，使供電恢復。正常情況下，備自投裝置投入運行。

造成廠用電供電中斷的主要原因有：

(1)?電網(wǎng)原因引起的全廠廠用電消失；

(2)?廠用電所供線路或負載故障引起的廠用電中斷；

(3)?廠變本身或發(fā)變組故障引起的廠用電中斷；

(4)?廠用母線故障引起的廠用電中斷等。

廠用電部分或全部中斷，可能導致發(fā)電機組與電網(wǎng)解列，處理不及時或不正確有可能造成事故擴大。其主要危害表現(xiàn)在：

(1)?交流電源失去后，若直流系統(tǒng)不能正常投運，將導致水輪機組微機調(diào)速器失控或紊亂，造成機組過速飛車；

(2)?交流電源失去后，造成廠內(nèi)輔助動力設備失電，引發(fā)公共電氣系統(tǒng)、壓力油系統(tǒng)、廠房排水系統(tǒng)無法正常工作，嚴重威脅機組運行安全，甚至引發(fā)水淹廠房事故；

(3)?交流電源失去后，直流設備負荷的增加將造成蓄電池放電速度加快，若電量儲備不足將造成機組不能安全停運。

2 保廠用電措施

2.1 起吊發(fā)電機轉子時

水電廠發(fā)電機轉子起吊是3號機組技改中的一項重大起重作業(yè)，為確保起吊過程中的人身和設備安全，廠用電供電的安全和可靠性尤為重要。現(xiàn)場主要從3個方面做好應對措施。

(1)?停止檢修現(xiàn)場臨時電源的使用，將廠用電大負載，如深井泵、壓油泵、空壓機電動機電源切除，以免大負載同時啟動造成廠用電過載或電壓不穩(wěn)定。廠母室內(nèi)準備拉手、絕緣手套、閘刀操作把手、柜門鑰匙、萬用表以及3只400?A容量的保險，防止起吊轉子時行車電源保險熔斷。

(2)?做好行車電源保險熔斷的應急處置措施，廠母室內(nèi)安排專人監(jiān)視。如發(fā)生保險熔斷立即通知現(xiàn)場負責人停止工作，斷開負載電源閘刀更換保險。對異常熔斷應迅速組織人力查明原因，排除故障后方可繼續(xù)工作。

(3)?針對當前電站運行方式，做好廠用電中斷的事故處理預案和恢復廠用電預案。例如發(fā)生聯(lián)絡線跳閘引起的全廠失電，應立即進行機組黑啟動帶廠用電，或開啟壩上柴油發(fā)電機帶廠用電等措施。2012-12-08，在采取上述措施下，該廠3號發(fā)電機轉子起吊工作順利完成。

2.2 發(fā)電機定子鐵損試驗時

完成3號發(fā)電機定子鐵芯硅鋼片疊裝后，為檢查硅鋼片制造和疊裝質(zhì)量是否合格、片間絕緣是否有缺陷、壓緊螺桿是否壓緊、鐵芯單位損耗是否滿足合同保證值等，必須進行發(fā)電機定子鐵心磁化試驗。試驗需要通過外加勵磁繞組通流方式，在鐵心內(nèi)部產(chǎn)生接近飽和狀態(tài)的交變磁通。經(jīng)過計算，試驗電流最大為464?A；因此決定試驗電源采用2號廠變單獨供電方式，通過2號廠變低壓側02開關下口接動力電纜，施放于3號機旁動力屏空開處。

為確保定子鐵損試驗過程中廠用電和設備安全，要求參與試驗運行人員熟知操作過程和試驗接線方式，針對試驗中可能出現(xiàn)的風險做好預案。全廠廠用電由1號廠變供廠母聯(lián)絡運行，2號廠變通過低壓側02開關下口的刀閘與廠用電系統(tǒng)隔離，為確保廠用電安全，試驗過程中廠用電自動切換壓板和2號廠變跳00開關壓板均退出(防止2號廠變作為試驗電源過程中發(fā)生跳閘，影響廠用電正常供電)，試驗結束后恢復。試驗過程中，由現(xiàn)場試驗負責人統(tǒng)一指揮，運行人員在控制室、廠母室就位，試驗負責人與廠母室監(jiān)視人員用對講機保持聯(lián)絡。3號機旁動力屏配置額定電流為600?A的空開，由試驗人員負責監(jiān)視。若試驗過程中出現(xiàn)異常情況，廠母室監(jiān)視人員根據(jù)現(xiàn)場試驗負責人要求及時手動斷開2號廠變02開關；中控室運行人員監(jiān)視2號廠變電流變化情況，若出現(xiàn)異常情況02開關未及時斷開時，應及時將3號主變高壓側483開關手動分閘。2013-03-26，該廠3號發(fā)電機定子鐵損試驗圓滿完成。

2.3 發(fā)電機定子線棒并頭套焊接時

在該廠3號機定子線棒更換后的并頭套焊接階段，現(xiàn)場2臺大功率釬焊機需同時工作。焊機電源均來自1號廠變供電(二次側額定電流909?A)的廠用電Ⅱ段母線2號屏，每臺焊機工作電流接近400?A。較大的工作電流將會造成單臺廠變短時過負荷運行，為保證設備安全及廠用電可靠運行，需對現(xiàn)場實際負荷情況進行計算分析。

廠房內(nèi)廠用電經(jīng)常性負載(主要為照明、設備供電)約為70?A。其他輔助設備(如電動機)是間斷式工作方式，根據(jù)設定定值方式啟動。廠房內(nèi)較大的負載主要有排水泵、壓油泵、高低空壓機，這些輔助設備一般不會同時啟動。其中深井排水泵電機額定電流114?A，高壓空壓機電機額定電流55?A，低壓空壓機電機額定電流69?A，機組壓油泵電機額定電流56?A。如果按廠用負載極端運行情況，即出現(xiàn)1臺水泵、1臺高壓機、1臺低壓機、1臺油泵同時啟動運行，2臺焊機同時工作以及廠房常規(guī)負載，電流共計約1?164?A(114?A+55?A+69?A+56?A+400×2?A+70?A)，將會超過廠變額定電流。實際上，所有大負載同時啟動運行的幾率較小，另外也可人為干預，盡量避免大功率負載同時啟動。所以正常情況下，廠用電可以滿足2臺焊機施工需要，不會造成因廠用電負荷過大造成過流保護動作而使廠用電中斷的情況發(fā)生，但可能造成廠變短時間超額定電流運行。為確保焊機施工期間廠用電安全，制定如下事故處理預案和保廠用電措施。

(1)?正常情況下，由1號廠變供廠用電聯(lián)絡運行，?03開關熱備用作為廠用電備用電源，?3號主變、2號廠變熱備用，3號主變具備單運供廠用電的條件。

(2)?若運行中1號廠變Ⅱ段或Ⅲ段保護動作跳開00開關，廠用電Ⅱ段母線失壓，而未影響廠母Ⅰ段運行時，則檢查保護動作情況及廠用Ⅰ段母線負載運行情況，通知施工人員停止焊機施工，斷開2臺焊機電源。檢查Ⅱ段母線無異常后，合上00開關恢復Ⅱ段母線運行。

(3)?若運行中1號廠變Ⅱ段或Ⅲ段動作00開關拒跳，廠變高壓側2開關跳閘，03開關備自投自動合上，因壩變帶負荷能力比較薄弱，則通知焊接人員停止工作，手動斷開00開關盡快將3號主變投單運帶2號廠變供廠用電Ⅱ段運行。

(4)?若運行中1號廠變本體或高壓側出現(xiàn)故障，2開關跳閘，03開關備自投自動合上恢復廠用電供電，因壩變帶負荷能力比較薄弱，則通知焊接人員停止工作，盡快將3號主變投單運帶2號廠變供廠用電Ⅱ段，03開關供Ⅰ段或2號廠變供廠用電聯(lián)絡運行。

(5)?正常情況下，將機組重要負載如機旁動力屏倒至廠用電Ⅰ段母線供電。運行值班人員每班對廠變低壓側至廠母室2號屏電纜及至空壓機室電纜測溫2次，發(fā)現(xiàn)溫度異常升高及電纜運行異常時，應及時匯報。

(6)?運行值班人員注意監(jiān)視大功率電機的啟動和運行情況，注意觀察廠用電壓的波動。若2臺焊機同時工作時造成1號廠變運行不穩(wěn)定或危及設備安全，可將3號主變投單運帶2號廠變供廠用電Ⅱ段，將另一臺焊機倒至廠用電Ⅰ段運行。

2013-03-26，該廠3號發(fā)電機定子改造焊接工作全部完工。在此期間，3月7日曾發(fā)生過1次因焊機絕緣損壞造成00開關跳閘，廠用電Ⅱ段母線失電故障。因處理得當，應對正確，及時恢復了廠用電的運行，確保了廠用電供電可靠性。

2.4 特殊運行方式下

在3號機技改工作期間，該廠同時進行了220?kV陳朱線及1號主變所屬一次設備預試、保護年檢工作。由于1號發(fā)電機失去備用條件，全廠由110?kV陳琴線備用電源倒送電，廠用電由壩變提供，運行方式極為薄弱。存在的主要問題是：

(1)?110?kV母線處于供電線路末端，110?kV母線電壓較低，供電可靠性差;

(2)?一旦陳琴線493開關跳閘，將造成全廠失去備用電源;

(3)?全廠廠用電由壩變供電運行，壩變電源10?kV線路供電可靠性差，容易發(fā)生全廠廠用電中斷事故;

(4)?若1號主變10.5?kV母線、1號廠變檢修，則1號發(fā)電機失去黑啟動條件。

針對此種特殊運行方式，該廠制定了周密的保廠用電措施和應急預案。

(1)?當發(fā)生壩變失壓全廠廠用電中斷時，迅速投入3號主變，由3號主變單運帶廠用電運行。

(2)?陳琴線備用電源失壓及壩變同時失壓全廠廠用電中斷時，立即用2號發(fā)電機黑啟動，通過110?kV母線經(jīng)3號主變帶2號廠變運行以恢復廠用電。

(3)?極端情況下，若2號機不具備黑啟動條件，則開啟壩上柴油發(fā)電機帶廠用電運行。為確保故障時恢復廠用電時間盡可能縮短，預先將2號機黑啟動、開啟壩上柴油發(fā)電機帶廠用電運行的主要步驟和風險點列出并打印放置在現(xiàn)場，要求運行人員學習掌握。提前將2號主變中性點接地刀閘合上，減少故障處理操作時間。

此外，還與相關地區(qū)調(diào)度溝通，說明該廠運行方式薄弱，做好從地區(qū)線路倒送電可能性的協(xié)調(diào)工作。加強對2號發(fā)電機主輔設備的巡視檢查工作，確保2號發(fā)電機具備黑啟動條件。由于措施得力、準備充分，該廠特殊運行方式下的保廠用電工作也取得了圓滿成功。

3 結束語

該廠廠用電系統(tǒng)多年運行實踐表明，廠用電供電可靠性高，備自投邏輯設計合理，動作正確。在此次3號機大型技改中，圓滿地完成了針對關鍵環(huán)節(jié)的保電任務，確保了施工進度和廠內(nèi)設備用電需求。另該廠3臺機組均具備全廠失電情況下的機組自身黑啟動條件，2012-01-05，該廠3臺機組成功列入安徽電網(wǎng)黑啟動主要電源點，這也為全廠失電后廠用電的快速恢復提供了有力保障。但壩上柴油發(fā)電機作為全廠的事故保安電源，容量較小，帶負載能力偏弱，供廠用電路徑較長，可靠性不高，這是以后的設備技改中需要考慮的問題。

2014-12-11；

2015-02-19。

周二保(1963-)，男，高級工程師，主要從事水電廠電氣一、二次技術和運行管理工作，email：ahjxzeb@126.com。

江學奎(1974-)，男，工程師，主要從事水電廠技術及運行管理工作。