一種基于定制應(yīng)急電源接入箱的站用電系統(tǒng)供電方法

郭楊，李開拓，陳昊

(國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京 211102)

0 引言

隨著電網(wǎng)建設(shè)尤其是特高壓交直流電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，特高壓變電站和換流站在電網(wǎng)中的重要性日益增強(qiáng)[1－5]。站用電系統(tǒng)作為站內(nèi)設(shè)備[6－11]穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，其運(yùn)行的可靠性備受矚目。若發(fā)生站用電全停而無法及時(shí)恢復(fù)的情況，將對(duì)全站設(shè)備安全運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅。因此，當(dāng)站用電僅剩一路電源供電時(shí)，應(yīng)立即接入應(yīng)急電源作為備用。傳統(tǒng)的電源接入方式是將應(yīng)急電源車輸出電纜直接固定于站用電400 V母線上。由于應(yīng)急電源車位于站用電室外，與接入低壓屏柜之間距離較遠(yuǎn)，且電纜施放與接駁的過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，無法安全、迅速地完成接駁工作[12－14]。在此背景，在僅剩一路站用電甚至站用電源全部失電的情況下，將應(yīng)急電源快速高效接入系統(tǒng)是當(dāng)前特高壓站運(yùn)檢的關(guān)注焦點(diǎn)。本文基于對(duì)交直流合建特高壓站站用電系統(tǒng)的研究，提出一種基于定制應(yīng)急電源接入箱的交流供電保障方案。在江蘇特高壓變電站的工程實(shí)踐表明，該方案實(shí)用便捷，應(yīng)急電源接入箱作為站用400 V交流饋線屏輸出電纜與電源車輸出電纜的連接點(diǎn)，可以有效將應(yīng)急電源車電纜安全快速接入。

1 定制應(yīng)急電源車接入方式

定制應(yīng)急電源車的接入是否便捷可靠是站用電保障的關(guān)鍵。傳統(tǒng)方式有直接接入法和U型螺栓式卡夾接線法。傳統(tǒng)接入法是利用扳手和螺栓，將電纜接頭緊固在站用電母線上事先打好的接線孔處，但該方法對(duì)銅排的機(jī)械強(qiáng)度和載流量有一定影響，且受開關(guān)柜內(nèi)操作空間的限制，操作費(fèi)力。同時(shí)，螺栓連接處易發(fā)熱，容易引起電氣事故[15－16]；U型螺栓式卡夾接線法，是將電纜接頭分相接在外置轉(zhuǎn)接裝置的一端，再將另一端卡夾在母線排上，但卡夾轉(zhuǎn)接裝置會(huì)受母線排排列方向的限制，裝拆費(fèi)時(shí)，且在時(shí)間緊迫的情況下，存在因人為出錯(cuò)損壞柜內(nèi)設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。

鑒于上述方法效率不高，對(duì)不能適應(yīng)于定制應(yīng)急電源車電纜的高效接駁，采取預(yù)制式設(shè)計(jì)，事先將定制應(yīng)急電源接入箱安裝在站用電室室外道路旁，電源車可直接停靠在應(yīng)急電源箱旁邊，實(shí)現(xiàn)輸出電纜與電源箱的無縫對(duì)接。

2 定制應(yīng)急電源接入箱結(jié)構(gòu)

應(yīng)急電源接入箱的實(shí)物和內(nèi)部電氣接線分別如圖1和圖2所示。其中，應(yīng)急電源箱Ⅰ路進(jìn)線接電源車的主發(fā)電機(jī)，應(yīng)急電源箱Ⅱ路進(jìn)線對(duì)應(yīng)電源車備用發(fā)電機(jī)，通常不接入。三把閘刀QS1、QS2、QS3，根據(jù)供電方式?jīng)Q定是否合上。兩路出線分別連接至站用電400 VⅠ、Ⅱ段母線饋線屏開關(guān)，兩段電纜已在箱體安裝期間連接完成。應(yīng)急電源車到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，只需將發(fā)電機(jī)輸出電纜與電源箱對(duì)應(yīng)進(jìn)線連接，即可完成準(zhǔn)備工作。

圖1 定制應(yīng)急電源接入箱

圖2 應(yīng)急電源接入箱內(nèi)部接線

這種接入方式具有以下優(yōu)點(diǎn):1)安裝在應(yīng)急電源車可以停放的最佳位置，實(shí)現(xiàn)與發(fā)電機(jī)輸出電纜的無縫對(duì)接，省去電纜的現(xiàn)場(chǎng)施放工作；2)電纜連接方便，操作空間開闊，避免損壞其他運(yùn)行設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)；3)電源接入后，運(yùn)行方式靈活，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況作調(diào)整。

3 相序檢測(cè)

定制應(yīng)急電源車的電纜在接入應(yīng)急電源箱之前，應(yīng)確保電纜的相序與電源箱內(nèi)的接口相序一致，因?yàn)橄嘈蚰娣磳⒃斐呻姎庠O(shè)備的電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，進(jìn)而影響設(shè)備的正常功能甚至造成設(shè)備損壞。對(duì)于相序檢測(cè)，傳統(tǒng)方法是采用3只電壓表分別串接于站用電系統(tǒng)與電源車輸出電纜之間，如果3只電壓表讀數(shù)從0至450 V周期性同步變化，則相序相同。該方法原理簡單，但操作過程費(fèi)力，且存在一定的安全隱患。

本文提出一種使用相序檢測(cè)儀確定相序。3129－10型相序檢測(cè)儀基于靜電感應(yīng)原理，利用三相電壓線夾夾在通電導(dǎo)線上，即可判斷相序的正負(fù)。在測(cè)試過程中，如果儀器面板上的相序顯示燈按順時(shí)針方向閃爍，且蜂鳴器間歇性鳴響，則電源為正序；若相序顯示燈按逆時(shí)針方向閃爍，且蜂鳴器連續(xù)鳴響，則電源為負(fù)序。開展相序檢測(cè)的操作方法為:

1)將檢測(cè)儀電壓線夾夾在站用電系統(tǒng)至應(yīng)急電源箱的電纜上，判斷此時(shí)的相序；

2)將檢測(cè)儀電壓線夾夾在發(fā)電機(jī)輸出連接至應(yīng)急電源箱的電纜上，判斷此時(shí)的相序；

3)若前兩步所得相序一致，則檢測(cè)合格，若不一致，則調(diào)整發(fā)電機(jī)輸出電纜接線順序。

4 特高壓交直流合建站站用電系統(tǒng)供電保障實(shí)例

4.1 變電站設(shè)備布局

目前，國內(nèi)大部分特高壓變電站和換流站采取獨(dú)立建站的模式。作為淮滬特高壓輸電系統(tǒng)北半環(huán)重要組成部分的盱眙站和雁淮直流受端系統(tǒng)的淮安換流站，采取了毗鄰合建的模式，該模式有利于節(jié)約土地資源，便于集約化管理，節(jié)省人力資源。兩站站用電系統(tǒng)雖結(jié)構(gòu)有所差異，但工作原理相同，應(yīng)急電源接入箱在兩站通用，且應(yīng)急電源車等輔助設(shè)備可以在兩站共同使用，互為備用，極大地保障了站用電系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。全站設(shè)備布局如圖3所示，其中右側(cè)虛線框范圍內(nèi)為交流站設(shè)備，左側(cè)虛線框范圍內(nèi)為直流站設(shè)備。

圖3 全站設(shè)備分布

4.2 站用電系統(tǒng)運(yùn)行方式分析

站用電系統(tǒng)分為交流站站用電系統(tǒng)和直流站站用電系統(tǒng)，各自獨(dú)立運(yùn)行。其接線及運(yùn)行方式分別如圖4和圖5所示。

圖4 交流站站用電系統(tǒng)

圖5 直流站站用電系統(tǒng)

交流站站用電系統(tǒng)有2路站外電源，1路站內(nèi)電源。圖4中10 kV 1號(hào)站用變電源交流特高壓2號(hào)183線來自站外一座35 kV變電站；10 kV 0號(hào)站用變電源交流特高壓1號(hào)112線來自站外一座110 kV變電站；10 kV 2號(hào)站用變電源來自于站內(nèi)連接于2號(hào)主變110 kVⅢ母線的110 kV 2號(hào)站用變10 kV側(cè)出線電纜，屬于站內(nèi)供電。

直流站站用電系統(tǒng)有2路站內(nèi)電源，1路站外電源。圖5中500 kV 511B站用變電源直接引自換流站交流系統(tǒng)500 kVⅣ母線，屬于站內(nèi)供電；110 kV 113B站用變電源來自于交流站內(nèi)2號(hào)主變110 kVⅣ母線的110 kV 3號(hào)站用變10 kV側(cè)出線電纜，也屬于站內(nèi)供電。35 kV 31B站用變電源王特357線來自站外一座35 kV變電站。

站內(nèi)一期工程安裝了4個(gè)定制應(yīng)急電源接入箱，分別位于交流站站用電室室外道路旁，直流站內(nèi)極Ⅰ高端400 V配電室、極Ⅱ高端400 V配電室、調(diào)相機(jī)400 V配電室室外道路旁，如圖3中所示。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)劃，二期工程還將安裝3個(gè)定制應(yīng)急電源接入箱，分別位于換流站內(nèi)站公用400 V配電室、極Ⅰ低端400 V配電室、極Ⅱ低端400V配電室室外道路旁。

4.3 正常運(yùn)行方式分析

交流站站用電系統(tǒng)運(yùn)行方式如圖4所示，400 V交流Ⅰ段母線通過401開關(guān)供電，400 V交流Ⅱ段母線通過402開關(guān)供電，403開關(guān)、404開關(guān)、母聯(lián)410開關(guān)均處于熱備用狀態(tài)。10 kV 1號(hào)、2號(hào)站用變帶負(fù)荷運(yùn)行，10 kV 0號(hào)站用變處于充電狀態(tài)。站內(nèi)主要負(fù)荷見表1。

表1 交流站站用電系統(tǒng)負(fù)荷分配表

直流站站用電系統(tǒng)運(yùn)行方式如圖5所示，10 kV 1號(hào)母線通過D101開關(guān)供電，10 kV 2號(hào)母線通過D102開關(guān)供電，10 kV 0號(hào)母線通過D103開關(guān)充電，母聯(lián)D110、D120開關(guān)處于熱備用狀態(tài)。站內(nèi)負(fù)荷集中輸出點(diǎn)位于6個(gè)小室內(nèi)，分別是極Ⅰ高端400 V配電室、極Ⅰ低端400 V配電室、極Ⅱ高端400 V配電室、極Ⅱ低端400 V配電室、站公用400 V配電室、調(diào)相機(jī)400 V配電室。每個(gè)配電室內(nèi)均有2臺(tái)10 kV站用變，其電源分別引自10 kV 1號(hào)母線和10 kV 2號(hào)母線，2臺(tái)10 kV站用變低壓側(cè)分別連接兩段400 V負(fù)荷母線，且兩段母線分列運(yùn)行，400 V母聯(lián)開關(guān)處于熱備用狀態(tài)。站內(nèi)主要負(fù)荷見表2。

表2 直流站站用電系統(tǒng)負(fù)荷分配表

4.4 交流站站用電系統(tǒng)異常運(yùn)行方式分析

當(dāng)受惡劣天氣、外力破壞、負(fù)荷異常波動(dòng)[17－18]等因素影響時(shí)，交流站用電系統(tǒng)可能出現(xiàn)失去一路電源至失去所有電源等多種異常情況，著重討論失去不同數(shù)量電源情況下站用電系統(tǒng)運(yùn)行方式的調(diào)整及應(yīng)急電源接入系統(tǒng)的應(yīng)用。由于站用電系統(tǒng)站外電源失電的可能性要遠(yuǎn)高于站內(nèi)電源，優(yōu)先討論站外電源失電的情況。

4.4.1 失去一路電源運(yùn)行方式分析

在圖4中，當(dāng)站用電系統(tǒng)失去一路站外電源時(shí)，如183線因惡劣天氣失電，401開關(guān)跳閘，400 V交流Ⅰ段母線將由403開關(guān)供電，站內(nèi)立即通知地方供電公司加強(qiáng)對(duì)112線的保電工作，防止再失去一路站外電源。

4.4.2 失去兩路電源運(yùn)行方式分析

當(dāng)站用電系統(tǒng)失去兩路站外電源時(shí)，例如183線和112線因惡劣天氣先后失電，剩余10 kV 2號(hào)站用變將通過402開關(guān)、母聯(lián)410開關(guān)為400 VⅠ、Ⅱ段母線供電。同時(shí)，立即將電源車輸出電纜接至定制應(yīng)急電源箱，接入之前確保400 V母線饋線3QF8、11QF7手車推拉式開關(guān)處于冷備用狀態(tài)。電纜接入電源箱之后，依次合上電源箱內(nèi)的QS1、QS3閘刀，再將3QF8、11QF7開關(guān)改為熱備用，車載發(fā)電機(jī)并不運(yùn)行。其運(yùn)行方式如圖6所示。

圖6 交流站站用電系統(tǒng)失去兩路電源運(yùn)行圖

4.4.3 站用電源全部失去運(yùn)行方式分析

當(dāng)站用電系統(tǒng)失去所有電源時(shí)，立即啟動(dòng)電源車發(fā)電機(jī)，對(duì)400 VⅠ、Ⅱ段母線供電。此時(shí)，其理論運(yùn)行方式有2種，第一種是通過3QF8、11QF7開關(guān)分別帶兩段母線運(yùn)行，如圖7所示；第二種是通過3QF8開關(guān)和母聯(lián)410開關(guān)帶兩段母線運(yùn)行。第二種運(yùn)行方式的優(yōu)點(diǎn)在于外接供電回路少，但缺點(diǎn)是母聯(lián)410開關(guān)的過流能力比3QF8開關(guān)要大，如果交流400 VⅡ段母線發(fā)生故障時(shí)，3QF8開關(guān)可能越級(jí)跳閘，導(dǎo)致正常運(yùn)行的400 VⅠ段母線失電。為保證供電可靠性，實(shí)際采用第一種運(yùn)行方式。

圖7 應(yīng)急電源系統(tǒng)運(yùn)行方式

由于柴油發(fā)電機(jī)的供電時(shí)間受柴油儲(chǔ)量的限制，供電功率受發(fā)電機(jī)容量的限制。因此，在發(fā)電機(jī)開始供電后，要及時(shí)切除次要和非必要的負(fù)荷，盡可能延長UPS系統(tǒng)的供電時(shí)間。同時(shí)，密切監(jiān)視直流系統(tǒng)蓄電池的電壓變化情況，采取必要措施確保繼電保護(hù)和自動(dòng)化裝置穩(wěn)定運(yùn)行。保證一次設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，開關(guān)能可靠跳開[19－20]，切除故障。

4.5 換流站站用電系統(tǒng)異常運(yùn)行方式分析

換流站站用電系統(tǒng)因?yàn)橛袃陕冯娫礊檎緝?nèi)自行供電，其10 kV一級(jí)穩(wěn)定性很高，即使發(fā)生35 kV站用變站外進(jìn)線失電情況，站用電系統(tǒng)的供電可靠性一般是可以保證的。因此，下面僅討論站用電系統(tǒng)400 V一級(jí)的供電可靠性。

4.5.1 失去一路電源運(yùn)行方式分析

從圖5可知，6個(gè)400 V配電室的運(yùn)行模式完全相同，在此僅以極Ⅰ高端400 V配電室為例。當(dāng)極Ⅰ高端400 V配電室10 kV 111B站用變例行檢修或者因故臨時(shí)停役檢修時(shí)，只剩10 kV 112B站用變壓器通過低壓側(cè)D412開關(guān)和母聯(lián)D410開關(guān)帶兩段400 V母線供電時(shí)，需立即將應(yīng)急電源接入。接入之前確保400 V母線饋線3QF8、15QF2手車推拉式開關(guān)處于冷備用狀態(tài)。電纜接入電源箱之后，依次合上電源箱內(nèi)的QS1、QS3閘刀，再將3QF8、15QF2開關(guān)改為熱備用，車載發(fā)電機(jī)并不運(yùn)行。其運(yùn)行方式如圖8所示。

圖8 極Ⅰ高端400 V配電室失去一路電源運(yùn)行圖

4.5.2 失去兩路電源運(yùn)行方式分析

當(dāng)極Ⅰ高端400 V配電室內(nèi)10 kV 111B站用變例行檢修或者因故臨時(shí)停役檢修時(shí)，再發(fā)生10 kV 112B站用變發(fā)生故障停運(yùn)，則立即啟動(dòng)電源車發(fā)電機(jī)。依次合上3QF8、15QF2開關(guān)，恢復(fù)對(duì)配電室內(nèi)400 V P1HA、P1HB母線供電，其運(yùn)行方式如圖9所示。

圖9 極Ⅰ高端400 V配電室失去兩路電源運(yùn)行圖

5 結(jié)語

介紹一種基于定制應(yīng)急電源箱在交直流供電系統(tǒng)保障方法及其在特高壓交直流合建站的應(yīng)用，分析應(yīng)急電源箱的結(jié)構(gòu)及使用方法，同時(shí)討論利用相序檢測(cè)儀快速且安全的進(jìn)行相序檢測(cè)的方法，在江蘇電網(wǎng)特高壓盱眙站的應(yīng)用實(shí)踐驗(yàn)證了該方法的有效性。目前發(fā)電機(jī)輸出電纜依然采用螺栓螺帽的方式連接到電源箱內(nèi)，該方法費(fèi)時(shí)且可能造成接觸面發(fā)熱的問題。采用標(biāo)準(zhǔn)制式快速插拔的連接方式將是日后研究的熱點(diǎn)。