大藤峽水利樞紐壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)穩(wěn)定性分析及改進(jìn)建議

翟大明

（廣西大藤峽實(shí)業(yè)管理有限公司，廣西 桂平 537200）

0 引言

大藤峽水利樞紐位于廣西壯族自治區(qū)桂平市境內(nèi)西江水系黔江干流大藤峽出口，壩址下距桂平市彩虹橋6.6 km。大藤峽水利樞紐工程是國(guó)務(wù)院確定的172項(xiàng)節(jié)水供水重大水利工程之一，工程任務(wù)為防洪、航運(yùn)、發(fā)電、補(bǔ)水壓咸、灌溉等綜合利用[1]。水庫(kù)正常蓄水位61.00 m，汛限水位47.60 m，死水位47.60 m，總庫(kù)容34.30億m3，工程規(guī)模為Ⅰ等大（1）型工程。樞紐工程主要由黔江主壩、南木江副壩和黔江副壩等組成。電站裝機(jī)容量1600 MW，安裝8臺(tái)單機(jī)容量為200 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，其中左岸廠房3臺(tái)機(jī)組，右岸廠房5臺(tái)機(jī)組。

1 壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)的組成及運(yùn)行方式

大藤峽水利樞紐左岸壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)由充電裝置、蓄電池組、直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置、直流母線和直流負(fù)荷等相關(guān)設(shè)備組成。接線方式采用兩組充電機(jī)一組蓄電池的單母線分段方式，每組充電機(jī)均采用兩路380 V交流供電，配有雙電源自動(dòng)切換裝置實(shí)現(xiàn)兩路交流電源互為備用。正常運(yùn)行時(shí)，壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)I段母線、Ⅱ段母線分段運(yùn)行，母聯(lián)開關(guān)ZK5在“斷開”位置。兩套充電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)均為“浮充”工作方式（ZK1、ZK2、ZK3、ZK4均為合閘），以供給直流負(fù)荷和補(bǔ)充蓄電池自放電；當(dāng)其中一組充電機(jī)交流失電或因故障退出運(yùn)行時(shí)，可將母聯(lián)開關(guān)ZK5合上，由另一組充電機(jī)并聯(lián)蓄電池承擔(dān)全部直流負(fù)荷，每組充電機(jī)安裝有3塊高頻整流模塊，當(dāng)某個(gè)模塊有故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并重新均分整流模塊負(fù)載。當(dāng)兩組充電機(jī)的四路交流電源發(fā)生故障或全部停電時(shí)，兩組充電機(jī)停止工作，由唯一的一組蓄電池組供直流負(fù)荷，同時(shí)監(jiān)控模塊會(huì)發(fā)出相應(yīng)故障告警信號(hào)。當(dāng)交流電源恢復(fù)正常后，兩組充電機(jī)正常運(yùn)行，恢復(fù)對(duì)直流負(fù)荷供電以及對(duì)蓄電池充電。壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)見圖1。

圖1 壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)圖

2 壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)存在的問(wèn)題分析[2]

壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)作為左岸壩區(qū)配電系統(tǒng)繼電保護(hù)、斷路器分合閘回路、左岸壩區(qū)21孔泄洪閘門控制回路、壩區(qū)公用LCU和UPS系統(tǒng)、壩區(qū)風(fēng)機(jī)控制回路的主要電源，必須保證在任何情況下都能安全、可靠、穩(wěn)定、不間斷的向直流負(fù)載供電。分析壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)交流電源接線圖（見圖2），發(fā)現(xiàn)由于大藤峽左岸壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)兩組充電機(jī)的四路交流輸入電源均取自壩區(qū)配電系統(tǒng)的400 VⅠ段母線，雖然在正常情況下可滿足直流系統(tǒng)正常運(yùn)行要求，但供電可靠性有一定程度的降低，一旦400 VⅠ段母線出現(xiàn)短路故障或進(jìn)行定期維護(hù)工作時(shí)，會(huì)導(dǎo)致四路交流輸入電源全部失電，即使配有雙電源自動(dòng)切換裝置，也無(wú)法起到兩路交流電源互為備用的作用，會(huì)造成兩組充電機(jī)停止工作，壩區(qū)全部直流負(fù)荷由僅有的1組蓄電池供給，而壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)蓄電池組容量為100 AH，不足以長(zhǎng)時(shí)間維持直流負(fù)荷供電，所以需要改進(jìn)現(xiàn)有的接線方式以提高壩區(qū)直流系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，確保大壩泄洪閘門的正常啟閉工作，從而保證樞紐大壩的穩(wěn)定運(yùn)行以及防汛安全。

圖2 壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)交流電源接線圖

3 壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)改進(jìn)建議

3.1 改進(jìn)方案一

在不更改原壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的前提下，通過(guò)改變220 V直流系統(tǒng)兩組充電機(jī)的四路380 V交流輸入電源的接線方式，將1號(hào)充電機(jī)的2#380 V交流輸入電源和2號(hào)充電機(jī)的2#380 V交流輸入電源兩根電纜改接至壩區(qū)配電系統(tǒng)400 VⅡ段母線，每組充電機(jī)通過(guò)雙電源自動(dòng)切換裝置實(shí)現(xiàn)兩路交流電源互為備用。變更后，無(wú)論壩區(qū)配電系統(tǒng)400 VⅠ段母線還是壩區(qū)配電系統(tǒng)400 VⅡ段母線出現(xiàn)短路故障或進(jìn)行定期維護(hù)工作時(shí)，每組充電機(jī)均有備用一路380 V交流輸入電源保證其正常工作，可確保壩區(qū)直流負(fù)荷的正常供電。方案一接線圖見圖3。

圖3 方案一接線圖

3.2 改進(jìn)方案二[3]

在現(xiàn)有運(yùn)行方式基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)，采用二組充電機(jī)二組蓄電池的單母分段接線方式，每組充電機(jī)的兩路380 V交流輸入電源分別取自壩區(qū)配電系統(tǒng)400 VⅠ段母線和400 VⅡ段母線，通過(guò)雙電源自動(dòng)切換裝置實(shí)現(xiàn)兩路交流電源互為備用，增加一組蓄電池組。正常運(yùn)行時(shí)，壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)I段母線、Ⅱ段母線分段運(yùn)行，母聯(lián)開關(guān)ZK5在“斷開”位置。兩套充電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)均放“浮充”工作方式（ZK1、ZK2、ZK3、ZK4均為合閘），以供給直流負(fù)荷和補(bǔ)充蓄電池自放電，當(dāng)其中一組充電機(jī)交流失電或故障退出運(yùn)行時(shí)，可將母聯(lián)開關(guān)ZK5合上，斷開ZK3或ZK4，由另一組充電機(jī)并聯(lián)蓄電池承擔(dān)全部直流負(fù)荷，每組充電機(jī)安裝有3塊高頻整流模塊，當(dāng)某個(gè)模塊有故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并重新均分整流模塊負(fù)載。當(dāng)四路交流輸入電源發(fā)生故障或全部停電時(shí)，兩組充電機(jī)停止工作，兩組蓄電池組分別供壩區(qū)直流負(fù)荷。當(dāng)交流電源恢復(fù)正常后，兩組充電機(jī)正常運(yùn)行，恢復(fù)對(duì)直流負(fù)荷供電以及對(duì)蓄電池充電。方案二接線圖見圖4。

圖4 方案二接線圖

4 方案比較

（1）經(jīng)濟(jì)性。方案一在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，不增加任何設(shè)備，通過(guò)更改兩組充電機(jī)四路380 V交流輸入電纜的接線方式，增加了壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。方案二在方案一的基礎(chǔ)上還需增加一組蓄電池，一組蓄電池巡檢裝置以及相關(guān)設(shè)備的投資，總投資較方案一多出大約20萬(wàn)元。

（2）安全可靠性。由于方案二采用二組充電機(jī)二組蓄電池的單母分段接線方式，當(dāng)其中任一組蓄電池發(fā)生故障時(shí)，均不影響直流負(fù)荷的正常運(yùn)行；當(dāng)直流系統(tǒng)交流電源全部失去時(shí)，方案二的蓄電池供直流負(fù)荷時(shí)間可增加一倍，較方案一運(yùn)行方式更靈活，更穩(wěn)定可靠[4]。

5 直流系統(tǒng)技改后的運(yùn)行操作分析[5]

因方案一只更改了交流輸入電纜的接線方式，技改后的運(yùn)行操作順序基本不變。若技改采用方案二（見圖4），壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)I、Ⅱ段母線由分段轉(zhuǎn)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，1#（2#）充電機(jī)及1#（2#）蓄電池組退出運(yùn)行時(shí)，應(yīng)首先合上母聯(lián)開關(guān)ZK5，其次斷開I（Ⅱ）段母線進(jìn)線開關(guān)ZK3（ZK4），將ZK1（ZK2）切至中間位置，最后斷開1#（2#）充電機(jī)交流輸入電源11QF（21QF）、12QF（22QF）。若壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)I、Ⅱ段母線由聯(lián)絡(luò)轉(zhuǎn)分段運(yùn)行，1#（2#）充電機(jī)及1#（2#）蓄電池組投入運(yùn)行時(shí)，應(yīng)先合上1#（2#）充電機(jī)交流輸入電源11QF（21QF）、12QF（22QF），其次將ZK1（ZK2）切至浮充位置，合上I（Ⅱ）段母線進(jìn)線開關(guān)ZK3（ZK4），最后斷開母聯(lián)開關(guān)ZK5。確保各母線側(cè)負(fù)荷在倒閘操作過(guò)程中不斷電。

6 結(jié)語(yǔ)

在汛期，大壩泄洪閘門能否正常啟閉，嚴(yán)重影響大壩運(yùn)行安全以及下游人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。壩區(qū)220 V直流系統(tǒng)作為大壩泄洪閘門控制回路的主要操作電源，它的安全穩(wěn)定運(yùn)行就顯得尤為重要。本文所述兩種方案都存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)，企業(yè)可根據(jù)自身需求作出最優(yōu)的選擇。