安谷水電站10 kV廠用電備自投系統的設計

李 由， 姚 坤， 何 國 珍

(1.四川省水利水電勘測設計研究院，四川 成都 610072；2.中國水電建設集團圣達水電有限公司，四川 樂山 614013)

1 概 述

安谷水電站是大渡河干流水電梯級開發中的最后一級，壩址位于樂山市安谷河段的生姜坡，距上游沙灣水電站約35 km，下游距樂山市區約15 km，有省道S103從樞紐區左岸通過，對外交通較方便，可將設備運至主廠房安裝間。電站裝機容量為772 MW，裝設4臺單機容量為190 MW的軸流轉槳式水輪發電機組(1-、～4#機組)和1臺12 MW的軸流轉槳式水輪發電機組(5#機組，生態機組)。電站以220 kV電壓等級接入電力系統，按無人值班(少人值守)設計。該電站全部機組已于2015年9月投入商業運行。

安谷水電站廠用電系統采用兩級電壓供電，分別為10 kV高壓廠用電系統和400 V低壓廠用電系統，其組成形式及作用為：

(1)10 kV高壓廠用電系統：由五段母線組成，第一、二段母線進線電源分別引自1#、3#機組離相封閉母線，經廠變降壓至10 kV；第三段母線進線電纜引自5#機組10 kV開關柜(5#機組出口電壓為10 kV)；第四、五段母線位于電站大壩集控房內，進線電源分別引自35 kV外來電源和柴油發電機。10 kV高壓廠用電系統為機組自用變、全廠公用變、照明用變、檢修排水深井泵、壩區配電變、船閘及庫尾等提供電源。

(2)400 V低壓廠用電系統：由機組400 V自用電系統、全廠400 V公用電系統、照明400 V用電系統及壩區400 V配電系統組成，各400 V系統均為兩段母線，為全廠機組輔助設備和公用設備等提供動力及輔助電源。

2 安谷水電站10 kV廠用電備自投

2.1 安谷水電站10 kV廠用電系統的運行方式

安谷水電站10 kV廠用電系統見圖1。

圖1 10 kV廠用電系統結構圖

10 kV廠用電系統正常運行時，1SM、2SM、3SM分別獨立運行，即1G8、2G5母聯開關斷開，4G3、5G4斷開。壩區供電(4SM、5SM)由3SM提供，即3G8、4G7為常閉。1SM與5SM通過1G4、5G3的連接回路不納入10 kV備自投控制范圍，但需進行相關閉鎖接線。

當10 kV廠用電系統發生故障時，故障運行方式為：

①10 kV母線1SM失電，判斷2SM母線是否有電？若有，則斷開1G5，合上1G8。

②10 kV母線2SM失電，判斷3SM母線是否有電？若有，則斷開2G3，合上2G5。

③10 kV母線3SM失電，判斷2SM母線是否有電？若有，則合上2G5。

④10 kV母線1SM、2SM失電，判斷3SM母線是否有電？若有，則斷開1G5、2G3，合上1G8、2G5。其他兩段母線失電情況同理。

⑤10 kV母線1SM、2SM、3SM同時失電，則斷開1G5、2G3、6SG，合上4G3、1G8、2G5，由外來電源供電。

⑥10 kV母線1SM、2SM、3SM、4SM同時失電，則斷開1G5、2G3、4G3、3G8、6SG、5G3，合上4G7、5G4,以保證大壩供電。

其中柴油發電機(DG)采用手動啟動方式。

2.2 備自投運行方式及閉鎖條件

安谷水電站10 kV廠用電系統采用1臺由太原合創生產的WBT196D-IV分段備用電源自投裝置以實現備自投功能。

設計初期，斷路器合閘閉鎖條件按照廠用電正常運行及各種故障運行方式設計。其閉鎖方式較為復雜，例如1G5進線斷路器，考慮到正常運行及故障運行時，其閉鎖條件見圖2。

圖2 10 kV廠用電系統1G5合閘閉鎖條件示意圖

如圖2所示，1G5斷路器閉鎖條件由三部分組成：

(1)正常運行時，1SM母線相關的母聯斷路器必須全部斷開1G5才能合閘，由THA1為1SM母線供電；

(2)當2SM母線發生供電故障且3SM正常運行、需要由1SM母線帶2SM母線時，2SM母線與3SM相關的母聯斷路器及2SM母線進線斷路器必須全部斷開，且1SM母線與2SM母聯斷路器合閘及1SM母線與3SM母線無關聯，1G5才能合閘，由1SM母線帶2SM母線；

(3)當2SM母線和3SM母線同時發生故障、需由1SM母線帶2SM/3SM母線時，與2SM/3SM母線相關的進線斷路器必須全部斷開，且4SM/5SM母線均無外來電源，1SM/2SM及 2SM/3SM的母聯斷路器合閘后1G5才能合閘，由1SM母線帶2SM、3SM母線。

由此可見，該閉鎖條件考慮運行工況較多，各個閉鎖條件亦非常繁瑣，并且由正常運行轉變至故障運行時邏輯判斷亦較多，不利于備自投程序的簡潔化。過多的判據反而可能導致備自投邏輯判斷進入死循環，從而導致備自投裝置無法滿足電廠的實際運行要求。

經過與備自投廠家和業主方多次溝通探討后決定，各個斷路器的閉鎖條件不再基于正常以及故障運行工況設計，僅考慮是否非同期合閘作為斷路器的合閘條件。因為無論是在正常工況運行或在故障情況運行，斷路器合閘的基準都是避免出現非同期合閘，所以，只要能保證斷路器合閘時一段母線僅有一路電源進入，即能避免出現非同期合閘。1G5斷路器合閘閉鎖條件優化后的情況見圖3。

圖3 優化后10 kV廠用電系統1G5合閘閉鎖條件圖

1G5斷路器優化閉鎖條件后，只需當1SM母線相關的母聯斷路器全部處于分閘狀況，1G5進線斷路器即可以進線合閘操作，由THA1帶1SM母線的所有負荷。如此實施，不僅大大減少了斷路器合閘回路的閉鎖接線，同時亦能滿足正常以及故障運行時1G5斷路器的閉鎖條件。

同時，對于備自投的邏輯控制，我們在與業主溝通并滿足閉鎖條件的情況下亦進行了相應優化，僅保留1G5備自投且考慮四種動作邏輯，具體情況見圖4、5、6、7。

圖4 2母備用1母動作邏輯圖

(1)第一種動作邏輯；2母備用1母(注：1母備用2母與之類似)。

(2)第二種動作邏輯：3母備用1母、2母。

圖5 3母備用1母、2母動作邏輯圖

(3)第三種動作邏輯：4進備用帶3、4、5母。

圖6 4進備用帶3、4、5母動作邏輯圖

(4)第四種動作邏輯：啟動柴油發電機。

3 結 語

安谷水電站10 kV廠用電系統按照優化后的備自投及閉鎖條件方案投運后，據電站運行人員反饋信息得知，備自投運行狀況良好，其廠用電系統可靠性高。總之，對于電站的廠用電備自投系統設計，應基于可靠、簡潔、邏輯清晰等因素，以利于電站的安全穩定運行及后期的運行維護。

(1)以上邏輯圖中的3G4開關等同于6SG開關。(2)經與業主溝通，除以上邏輯外，增加了一種備自投方式：Ⅲ段母線失電、Ⅳ段母線進線有電，斷開6SG、2G5開關，由外來電源4G3開關自投帶Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ段母線,此處不再列出其邏輯圖。圖7 啟動柴油發電機動作邏輯圖