糯扎渡水电站厂用电备自投系统的分析与设计

2016-11-17古树平

水电站机电技术 2016年10期

关键词：坝区进线厂用电

古树平，李颖

（中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明 650051）

糯扎渡水电站厂用电备自投系统的分析与设计

古树平，李颖

（中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明 650051）

糯扎渡水电站为国内大型水电工程，其厂用电系统非常复杂，备自投系统为保证厂用电的供电可靠性发挥了重要作用。文章对电站的10 kV、400 V厂用电备自投装置的动作逻辑进行了详细的分析与设计，并解决了备自投装置的定值整定、两级厂用电备自投的动作配合等问题，为国内外同类型工程提供了参考。

厂用电系统；备自投系统；动作逻辑

0 引言

糯扎渡水电站位于云南省境内，属于澜沧江梯级电站，共安装9台单机容量650 MW的水轮发电机组，总装机容量为5 850 MW，为国内大型水电站。电站厂用电系统的结构、接线及运行方式均非常复杂，提高供电可靠性、确保电站主设备安全运行是厂用电系统设计的关键。备自投装置的运用可大幅提高厂用电可靠性，但对于大型水电站的厂用电系统，备自投系统的设计需考虑更多问题。

1 厂用电系统的结构及运行方式

电站厂用电系统分为10kV和400V两级，10kV供电系统分为厂区、坝区和备用3部分；400 V供电系统按电站负荷的区域布置分为机组自用电、公用电、照明用电、尾水用电、坝区用电等部分。

厂区10 kV母线分为3段：Ⅰ段母线电源取自1号、3号发电机单元的机端变压器；Ⅱ段母线电源取自4号、6号发电机单元的机端变压器；Ⅲ段母线电源取自7号、9号发电机单元的机端变压器。每段母线的两个进线电源断路器相互闭锁，保证正常情况下只有一回电源工作。

Ⅰ段和Ⅱ段、Ⅱ段和Ⅲ段之间设联络断路器，正常工况各段独立运行。当Ⅰ段或Ⅲ段失电时，通过联络断路器从Ⅱ段取得电源；当Ⅱ段失电时，通过联络断路器从Ⅰ段或Ⅲ段取得电源；当3段均失电时，通过Ⅰ段和Ⅲ段由备用电源为厂区供电，此时3段母线分为两段运行。

坝区10 kV供电系统为单母线分段接线，每段母线设两个电源进线，一路来自厂区10 kV供电系统，另一路来自备用电源系统。每段母线的两个进线电源设联锁装置，以保证正常情况下只有一回电源工作。两段母线间设联络断路器，正常工作时，两段独立运行，如某段失电时，通过联络断路器从另一段取得电源；如两段母线均失电时，从备用电源系统取得电源。

10 kV备用电源为单母线分段接线，每段母线设两个电源进线，一路来自10 kV施工变电站，另一路为柴油发电机。两段母线间设联络断路器，正常工况两段独立运行，均从施工变电站取得电源，当一回施工电源失电时，通过联络断路器从另一段的施工电源取得电源；如两回施工电源均失电，则自动启动柴油发电机，仅作为保安电源。

400 V厂用电系统主母线均分为A、B两段，每段电源均取自10 kV系统，经10/0.4 kV低压厂用变接入400 V配电盘，两回电源互为备用。另外，在坝区设置1台柴油发电机，以保证在全厂失电时开启泄洪闸门之用。

2 备自投功能要求

备自投系统的设计应根据厂用电接线形式确定，其功能要求应满足：

（1）应保证在工作电源断开后，才投入备用电源［1］。这是为了防止备用电源投于故障元件而扩大事故。

（2）工作母线上的电压，无论何种原因消失，除有闭锁信号外，自动投入装置均应能动作。

（3）工作电源失压时，应检测工作电源是否有电流，只有在无流时才允许启动备自投装置，这是为了防止电压互感器二次回路断线引起备自投误动。

（4）备自投装置应保证只动作一次［2］。

（5）当备自投装置动作时，如果备用电源投于故障，应有保护加速跳闸。

（6）备自投装置的动作时间，应使负荷停电时间尽可能短［3］。

3 备自投动作逻辑

10 kV供电系统根据电站负荷的区域分布分为厂区、坝区和备用3部分，每个部分接线及运行方式各有不同，因此备自投的动作方式也不同。

3.1 厂区10 kV系统

根据厂区10 kV系统的负荷供电需求、运行方式和接线形式，厂区备自投包括3级备投：

第1级备投：3段母线分列运行工况，若1段失电，实现本段母线进线备投。第2级备投：若本段母线两条进线均失电，实现母线分段备投。第3级备投：若两段母线均失电，实现外来电源备投。

为保证可靠性，3段母线不可同时并列运行，即两个分段开关不能同时投入。因此上述第3级备投是从外来电源取电，而非从第3段取电。

图1 厂区10 kV供电系统图

根据系统运行方式及3级备投的动作逻辑，厂区备自投设计包括以下方式：

进线备投方式：以I母为例，当I母独立运行或I、II母并列运行时（此时II母进线失电），进线1、2互为备投，1DL或2DL自动投入。

分段备投方式：以I母为例，当I母进线1、2均失电，9DL自动投入。

外来电源备投：当其中两段并列运行时，两段母线均失电或第3段失电，为避免3段并列，则采用外来电源备投，即3DL或8DL自动投入。

自恢复供电：当失电进线电源恢复时，备自投自动恢复原有供电方式。

以上备自投的动作逻辑能适应各种运行工况，保证供电可靠性，在具体设计实施时，还应考虑备自投装置的动作逻辑详细分解、动作出口、延时设置等问题。

3.2 坝区10 kV系统

相比厂区10 kV系统，坝区10 kV供电系统的接线与运行方式相对简单，其备自投动作的逻辑为：

分段备投方式：当其中1段母线失电，且备投动作条件满足时，分段开关3DL自动投入，实现两段母线并列运行。分段备投方式简单高效，确保坝区两段母线的可靠供电。

图2 坝区10 kV供电系统图

当两段母线并列运行时，如果其中1段母线的电源进线恢复供电，此时备自投自动跳开3DL，恢复两进线供电，两段母线分列运行。

进线备投方式：当两段母线同时失电，备自投跳开1DL、2DL和3DL。此时，再对两条备用电源进线进行判断。如果备用电源进线1有压，则先合3DL，再延时合4DL。如果备用电源进线2有压，则先合3DL，再延时合5DL。

当进线电源恢复，备自投自动将备用电源断开，恢复主电源（进线1、2）继续供电。

3.3 备用10 kV系统

备用10 kV系统接线与运行方式与坝区10 kV系统类似，其备自投的动作逻辑与坝区供电系统基本相同。

分段备投方式：当其中1段母线失电，且备投动作条件满足时，分段开关3DL自动投入，实现两段母线并列运行。

进线备投方式：当两段母线同时失电，备自投跳开1DL、2DL和3DL。此时，备自投自动投入柴油发电机，即自动投4DL、5DL。柴油发电机仅承担大坝、厂房渗漏排水及大坝泄洪负荷。

图3 备用10 kV供电系统图

3.4 400 V供电系统

400 V厂用电系统，结构简单清晰，基本都采用两进线一分段的接线方式。备自投的动作逻辑采用分段备投方式即满足供电要求，不再赘述。

此外，400 V备自投装置除具有备投功能外，一般还含有分段保护等功能，对备投动作十分有利。

图4 400 V供电系统图

400 V分段保护的功能配置一般包括：

（1）复压闭锁过流保护。

（2）合闸后加速保护（过流加速段）：手合于故障及备投动作合闸于故障加速跳闸。

（3）充电保护：若分段的任一相电流大于充电电流，则延时跳分段开关。

4 备自投装置定值整定与动作配合

糯扎渡水电站厂用电备自投系统厂区10 kV供电系统采用RCS-9653C型备自投装置，其余系统采用RCS-9651C装置。

4.1 定值整定

备自投装置的定值需根据相关整定规程、设计手册［4～5］及产品说明书整定，同时对厂用电系统的结构、运行方式均需详细研究。主要原则如下：

（1）母线或进线有压定值可整定为70%Un，无压启动定值、无压合闸定值可整定为30%Un。其中Un为电压互感器额定二次电压值。

（2）进线无流检测定值可整定为0.1 A。

（3）备投失压跳闸时限，根据10 kV、400 V系统运行方式及动作逻辑整定。

对于400 V备自投装置所配置的分段保护，其定值整定原则为：

过流保护：投入一段过流保护，按躲过分段最大负荷电流整定，动作时限应能躲过母线上所有负荷中最长动作时限。投入复压闭锁条件，低压条件可整定为70%Un，负序电压根据经验一般可整定为4 V。

过流加速保护：按躲过分段的最大负荷电流整定，动作时限可整定为0.1 s。

充电保护：充电过流定值按躲过分段的最大负荷电流整定。

4.2 动作配合

备自投动作配合包括两级备投时限配合及同级备投之间的配合等问题。

（1）失压跳闸延时：对于10 kV、400 V两级厂用电系统，两级备自投装置不能同时动作，否则备投成功率低，不利于运行安全。为避免在10 kV电源进线失电时，两级（10 kV、400 V）备自投装置同时动作，并根据先投电源侧，再投负荷侧的原则，400 V备自投的动作时间应大于10 kV备自投动作时间，等待10 kV备自投动作成功。当10 kV备自投动作不成功时，400 V备自投才能动作。

（2）有压跳闸延时：有压跳闸用于自恢复供电方式，当进线恢复供电时，确认进线的电源可靠后延时启动自恢复。

对于备自投配合，除了10 kV与400 V两级备自投必须严格配合外，厂区10 kV、坝区10 kV和备用10 kV 3个系统之间也需要严格配合，坝区、备用10 kV系统的备自投动作时间应大于厂区备投的动作时间。