提高蓄能電站10 kV廠用電系統運行可靠性

金清山，黃 嘉，李國賓

（河北張河灣蓄能發電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

1 引言

張河灣電站位于河北省石家莊市井陘縣境內，距石家莊市直線距離為53 km，公路里程為77 km。電站設計安裝4臺25萬kW單級混流可逆式水泵水輪發電機組，總裝機容量100萬kW，以一回500 kV線路接入河北南部電網，主要承擔系統調峰、填谷、調頻、調相等任務，并且在電網故障甚至瓦解時，可以充當電網最佳的緊急事故備用和“黑啟動”電源。

張河灣電站10 kV廠用電系統共配置4臺高壓廠用變壓器，均為單相干式變，接線組別Yd11，中性點采用不接地方式。廠用電系統常用電源由4臺廠用變壓器低壓側提供，備用電源為廠外35 kV變電站，保安電源為柴油發電機；地下廠房10 kV開關柜共分三段，其中第一段和第三段均為兩路電源進線，來自廠變低壓側。第二段母線電源來自廠外35 kV變電站10 kV電源。

2 研究背景

張河灣電站10 kV廠用電系統為中性點不接地系統，無法實現靈敏且有選擇性的接地保護，可能導致單相接地故障擴大為事故，雖然配置了小電流接地選線裝置，但事故發生時仍存在選線困難、只是報警不跳閘問題。其次，10 kV廠用電保護系統裝置已持續運行12年，存在設備老化情況，安全性及可靠性均有所下降，存在誤動或者拒動的風險，可能會造成事故擴大。

張河灣電站廠用電系統典型故障舉例：

（1）由于老鼠進入盤柜，將高壓側與盤柜跨接，形成接地，并將電壓互感器燒損如圖1所示，但由于接地電流比較小，保護無法啟動，故無法自動將故障切除。

圖1 電壓互感器燒損

（2）由于電纜接頭絕緣破損如圖2，導致電纜對外殼放電，但由于過流保護動作切除故障，保護無法準確選擇故障支路，造成越級跳閘，擴大了故障范圍。

圖2 電纜接頭絕緣破損

如表1數據，張河灣電站10 kV廠用電保護系統不正確動作次數平均每年2.33次，廠用電系統運行可靠性不高，因此，將提高蓄能電站廠用電可靠性作為本次研究課題。

表1 2017～2019年廠用電保護裝置不正確動作統計

3 原因分析

張河灣電站10 kV廠用電系統運行可靠性不高主要因素分析。

（1）廠用電系統保護裝置可靠性不高

1）保護裝置為全英文界面，且為英文字母縮寫，除保護專業人員外，其他巡檢人員不易理解保護裝置信息；

2）保護裝置已持續運行12年，已達到保護裝置更換年限；

3）保護種類配置不全，根據實際運行經驗（結合電站發生的故障），曾因缺少零序過流保護發生保護誤動及拒動現象，存在隱患。

（2）廠用電系統為中性點不接地系統

10 kV廠用電系統為中性點不接地系統，無法構成零序回路，各饋線開關柜雖然在設計時配置了零序電流互感器，但并未引入保護裝置，無法實現故障時準確選線，發生接地故障時可能會越級跳閘，擴大事故范圍。

4 制定對策

針對造成10 kV廠用電系統運行可靠性不高2個主要原因，通過仔細研究，制定了詳細應對措施：

（1）將10 kV保護裝置進行升級改造

1）完善10 kV保護配置，增設零序過流保護；

2）保護裝置界面漢化，方便巡檢人員查看信息。

（2）將廠用電系統改為經接地變壓器接地方式

1）在1～4號廠變低壓側與進線開關間分別裝設4臺接地變壓器；

2）將各饋線開關柜零序電流互感器二次側接入保護裝置。

5 對策實施

5.1 10 kV廠用電保護裝置升級改造

將保護裝置原廠升級，升級為當前市場最新型號的產品，主要原因如下：

（1）若保護裝置型號接線發生改變，現有的信號電纜將無法直接接入裝置，需重新設計及更換電纜，大大增加保護裝置升級改造成本及工作量。

（2）目前，張河灣公司10 kV廠用電盤柜面板布置緊湊，若保護裝置尺寸發生變化，則需重新定制盤柜面板，重新設計各儀器儀表的分布位置，部分表計所用的電纜也需要進行更換，將會增加保護裝置改造工作量。

（3）張河灣公司10 kV廠用盤柜內部自動化元器件布置緊湊，若保護裝置深度發生變化，則需充分考慮對現有的自動化元器件的影響，部分自動化元器件需重新選擇安裝位置，將會增加改造工作難度及工作量。

本著節省改造成本，減少保護裝置升級改造難度及工作量的原則，采用保護裝置原廠升級，將保護系統升級為當前市場最新型號。

5.2 10 kV廠用電系統接地方式改造及保護配置方案選擇

（1）接地變及接地電阻柜位置的選擇

1）將接地變及接地電阻柜直接接在廠變低壓側，1～4號接地變及接地電阻柜分別放置于1～4號母線洞；

2）將接地變及接地電阻柜接在10 kV進線開關柜進線側，1～4號接地變分別放置于1、2號10 kV開關室。

1方案保護范圍更大，可以將廠變低壓側端子至10 kV進線開關柜之間的電纜納入保護范圍，但1～4號母線洞空間狹窄，不具備放置的條件；2方案保護范圍雖然較小，但10 kV開關室空間相對寬敞。經過比較，最終選擇2方案。

（2）接地變及接地電阻柜保護配置的選擇

1）在接地變及接地電阻柜柜內配置一套保護裝置，實現設備本體保護，保護裝置動作后跳廠變高壓側開關和低壓側開關。

2）在接地變與進線開關之間增設一臺接地變開關柜，并在本開關柜上配置保護裝置，保護動作后果：跳開接地變開關。

3）利用現有的保護裝置實現接地變及接地電阻柜的保護，利用進線開關柜保護裝置配置零序過流保護，動作后跳廠變高壓側和低壓側開關，利用廠變差動保護裝置配置接地變及接地電阻柜本體過流保護。

1方案實施簡單，保護配置獨立，但無法滿足保護裝置抗干擾的要求；2方案實施效果較好，但成本會大大增高，且每臺接地變及接地電阻柜均需要配置一臺開關柜，對空間要求更高，對新建設電廠應用效果較好，改造項目則需要充分考慮實際情況，我廠空間有限，不適用；3方案實施簡單，經濟適用，改動最少，故我廠選擇3方案。

5.3 10 kV廠用電系統接地方式改造實施

（1）接地方式改變后廠用系統接線圖（如圖3）。

圖3 接地變及電阻柜接線圖

（2）接地變及接地電阻柜安放位置（如圖4）。

圖4 盤柜安裝位置

根據10 kV開關室的開關柜分布情況，10 kV開關室1對稱放置兩臺接地變接地電阻柜，10 kV開關室2并排放置兩臺接地變及接地電阻柜。

（3）接地變及接地電阻柜保護的配置（如圖5）。

將零序電流引入進線開關保護裝置，利用進線開關柜保護裝置P127配置零序過流保護；將三相電流依線號標注接入廠變差動保護裝置，利用廠變差動保護裝置7UT613配置定時限過電流保護。

圖5 保護配置圖

6 結論

10 kV廠用電系統保護裝置電流電壓信號采集正確，改造后未發生誤動及拒動情況，接地變及接地電阻柜運行平穩，溫度信號正常，電磁閉鎖裝置正常，無論從原理、結構還是實際運行效果看均優于改造前，大大提高了10 kV廠用電系統運行可靠性，達到了預期效果。