淺析紫坪鋪水電廠直流系統(tǒng)改造

伍 鳳， 黃熠森

(四川省紫坪鋪開發(fā)有限責(zé)任公司，四川成都 610091)

紫坪鋪工程位于四川省都江堰市麻溪鄉(xiāng)境內(nèi)的岷江上游，距成都市約60 km，是以農(nóng)業(yè)灌溉和城市供水為主，兼有發(fā)電、防洪、環(huán)境保護(hù)、旅游等綜合效益的重要控制性水源工程。電廠總裝機(jī)容量760 MW，保證出力168 MW，年發(fā)電量為34.17億kW·h，年平均利用小時為4 496 h，以一回500 kV出線接入成都環(huán)網(wǎng)。電廠承擔(dān)四川電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用等任務(wù)，是川西電網(wǎng)比較經(jīng)濟(jì)的調(diào)峰調(diào)頻電源。因此，對其直流電源供電方式的正確選擇，直接關(guān)系到供電的可靠性和安全性。如何保證直流母線和直流負(fù)荷在不失電的情況下進(jìn)行直流系統(tǒng)供電改造，是紫坪鋪電廠直流系統(tǒng)供電方式技術(shù)改造工作中的一大難點。

1 直流系統(tǒng)供電方式及其改造意義

1.1 供電方式

紫坪鋪電廠直流系統(tǒng)于2005年11月投入運行，電廠最高電壓等級為500 kV。直流電源系統(tǒng)分為兩段，每段由不同的蓄電池組(220 V/1 000 Ah)進(jìn)行供電。正常運行時，兩段直流系統(tǒng)分段運行，當(dāng)直流系統(tǒng)檢修或故障時，兩段母線聯(lián)絡(luò)運行工作。目前現(xiàn)場直流饋線配電網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)狀供電方式(圖1)，雖然這種供電方式所用電纜數(shù)量較少，但環(huán)路中的開關(guān)斷開點不明顯，容易造成兩組蓄電池環(huán)狀運行且開關(guān)編號繁瑣，從而使操作復(fù)雜，尋找接地故障較困難。為此，特提出將現(xiàn)有直流饋線配電網(wǎng)絡(luò)由環(huán)狀供電方式改造成為輻射狀供電方式。

1.2 改造的意義

圖1 改造前機(jī)組直流環(huán)狀供電圖

紫坪鋪電廠直流系統(tǒng)原有的供電方式雖然所用的電纜數(shù)量少，在一定程度上節(jié)約了成本，但是從運行效果看，其降低了供電的可靠性，增大了處理故障的難度。因此，按照《電力工程電氣設(shè)計手冊》(電氣二次部分)中“操作電源系統(tǒng)”一章和《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》(繼電保護(hù)專業(yè)重點實施要求的通知)的要求:新、擴(kuò)建或改造的變電站直流系統(tǒng)的饋出線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用輻射狀供電方式，不應(yīng)采用環(huán)狀供電方式。在用設(shè)備如采用環(huán)狀供電方式的，應(yīng)盡快改造成輻射狀供電方式。根據(jù)上述要求和紫坪鋪電廠直流系統(tǒng)實際運行情況，電廠決定將現(xiàn)有的環(huán)狀供電方式改造為輻射狀供電方式，改造后的供電方式將大大提高直流系統(tǒng)運行的可靠性。

2 改造方案的實施

考慮到紫坪鋪電廠現(xiàn)有直流系統(tǒng)供電方式的復(fù)雜性，在改造過程中務(wù)必做到確保繼電保護(hù)裝置及二次控制設(shè)備直流電源不中斷;確保改造過程中改造設(shè)備和未改造設(shè)備直流供電的可靠性和設(shè)備的安全性;確保未改造設(shè)備所在直流環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)的供電開關(guān)的開斷正確性。

此次直流系統(tǒng)供電方式的改造主要分為以下幾個步驟進(jìn)行:

(1)直流饋線配電網(wǎng)絡(luò)由環(huán)狀供電方式改造為輻射狀供電方式，需要增加六面直流電源分屏柜:保護(hù)室一面、電氣廊道公用設(shè)備一面、1～4#機(jī)組單元各一面。

直流電源分屏柜的技術(shù)要求為:

①直流電源分屏柜的外形尺寸:2 260 mm×800 mm×600 mm，柜的前后應(yīng)開門，前門為帶鎖的單開玻璃門，柜的底部有可封閉的電纜孔，屏內(nèi)設(shè)有接地銅排。裝置的機(jī)械機(jī)構(gòu)應(yīng)能防塵、蟲及小動物、機(jī)械震動、潮濕及有害氣體的影響，裝置內(nèi)接元件部分不應(yīng)產(chǎn)生接觸不良現(xiàn)象。

②屏(柜)內(nèi)端子排布置在屏兩側(cè)，端子排位置應(yīng)便于接線，要求設(shè)置塑料走線槽。

③屏(柜)面布置應(yīng)均勻、整齊和對稱，便于操作、監(jiān)視、維護(hù)和檢修。

④直流電源分屏柜內(nèi)的母線布置采用兩段母線接線方式。

⑤所有直流電源分屏柜內(nèi)應(yīng)配置專用的直流空開，在滿足選擇性的前提下應(yīng)選用同一廠家系列產(chǎn)品，上、下級空開配置應(yīng)保證2～4級差(紫坪鋪電廠選用的是由西門子生產(chǎn)的低壓直流專用斷路器)。

⑥各直流電源分屏柜應(yīng)根據(jù)所接負(fù)荷具體的情況配置不同容量、不同安全等級的合格開關(guān)。

⑦對于所有直流分屏柜，在其接線端子配置時，50 A開關(guān)回路最大能接入10 mm2的導(dǎo)線;20 A和10 A開關(guān)回路最大能接入4 mm2的導(dǎo)線。

(2)各屏柜安裝到位后，先將相應(yīng)負(fù)荷屏柜的電纜敷設(shè)到位，對新敷設(shè)的電纜應(yīng)進(jìn)行對線、搖絕緣、走線等相關(guān)準(zhǔn)備工作，同時，在對運行設(shè)備進(jìn)行電纜敷設(shè)時，一定要在確保安全的基礎(chǔ)上，使設(shè)備盡可能短的時間停電。

(3)保護(hù)室直流電源分屏柜所帶負(fù)荷直流供電回路的改造隨線路年檢進(jìn)行;1～4#機(jī)組直流電源分屏柜所帶負(fù)荷直流供電回路的改造隨機(jī)組檢修進(jìn)行;電氣廊道公用設(shè)備直流電源分屏柜所帶負(fù)荷直流供電回路的改造隨公用設(shè)備檢修進(jìn)行。

(4)在對單一設(shè)備進(jìn)行直流供電電源改造時，必須先對原環(huán)狀供電回路進(jìn)行詳細(xì)勘察、了解，避免出現(xiàn)改動本回路接線時導(dǎo)致環(huán)路中的其它設(shè)備因解環(huán)而失電。

(5)隨檢修進(jìn)行改造的供電回路在改造后應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的試驗工作。對于新增直流分屏柜，應(yīng)由220 V/1 000 Ah直流系統(tǒng)Ⅰ段和Ⅱ段分別對其進(jìn)行供電，觀察直流分屏柜內(nèi)兩段母線獨立運行的情況，如運行正常，則模擬直流分屏柜內(nèi)任一母線故障時設(shè)備的聯(lián)絡(luò)運行情況。同時，應(yīng)模擬任一直流回路故障時直流分屏柜上絕緣監(jiān)測儀的報警情況。

(6)對直流供電方式改造后的設(shè)備進(jìn)行恢復(fù)供電時，應(yīng)先合直流分屏柜內(nèi)的直流開關(guān)，再合運行設(shè)備的直流開關(guān)，觀察設(shè)備是否正確運行。在保證設(shè)備運行正常的情況下，再恢復(fù)設(shè)備的交流供電。

(7)在對某一直流環(huán)網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備直流供電方式均改造完畢后，應(yīng)對該直流環(huán)網(wǎng)進(jìn)行解環(huán)工作。在解環(huán)過程中，應(yīng)特別注意的是:需在保證該環(huán)網(wǎng)接線無電壓的情況下，方能解除環(huán)網(wǎng)接線和環(huán)網(wǎng)開關(guān)并不得影響設(shè)備的安全運行。

(8)對全廠設(shè)備直流負(fù)荷供電回路全部進(jìn)行改造完成后，才能將原環(huán)狀供電方式所加的環(huán)路開關(guān)和接線退出，且必須退出。

3 改造后運行情況分析

紫坪鋪電廠目前已將4臺機(jī)組直流負(fù)荷回路、公用系統(tǒng)直流負(fù)荷回路、線路保護(hù)室直流回路全部改造完畢。改造后的直流負(fù)荷供電情況見圖2。

3.1 運行可靠性

直流操作電源作為水電廠的核心，需要不間斷的為二次設(shè)備、事故照明、斷路器分合閘線圈等提供電源。直流供電網(wǎng)由環(huán)狀改造為輻射狀后，雖然大大增加了屏柜及電纜數(shù)量，但滿足了反措要求，提高了設(shè)備運行供電的可靠性。采用輻射狀供電時的電纜敷設(shè)距離短(電纜僅需從饋線屏輻射到各機(jī)組、系統(tǒng)的分電屏，從分電屏輻射到各設(shè)備裝置)，易滿足饋線網(wǎng)絡(luò)的多級級差配合。在輻射狀供電方式下，如果一條出線保護(hù)的電源開關(guān)越級跳閘，不會使上一級保護(hù)由于失去電源而不能動作，從而造成事故擴(kuò)大，這在一定程度上彌補(bǔ)了環(huán)狀供電方式的級差配合缺陷，大大提高了水電廠設(shè)備運行的可靠性。自改造完成后，直流系統(tǒng)已安全運行近兩年，未發(fā)生一起因設(shè)備原因引起的供電中斷事故，設(shè)備運行成功率達(dá)到了100%。

圖2 改造后機(jī)組直流輻射狀供電圖

3.2 運行安全性

直流供電網(wǎng)采用輻射狀供電方式后，直流系統(tǒng)供控制、信號、繼電保護(hù)、斷路器操作、事故照明、直流常明燈等的用電均采用主、分屏二級供電方式。直流主屏至直流分屏以雙回路饋線供電，各設(shè)備所需要的控制、保護(hù)、跳閘等電源均由直流主屏下設(shè)直流分屏單獨回路供電。當(dāng)任一回路直流饋線短路時，直流分屏絕緣報警裝置和直流主屏絕緣報警裝置均能準(zhǔn)確報出故障支路，自動將故障設(shè)備與系統(tǒng)斷開，不影響非故障設(shè)備的正常運行。相比環(huán)狀供電方式而言，這在很大程度上降低了查找故障點的難度，節(jié)約了檢修人員查找故障的時間，提高了故障處理速度，減少直流短路、設(shè)備直流電源中斷事故90%以上，直流供電缺陷消缺率達(dá)到100%，極大地保障了設(shè)備運行的安全性。

經(jīng)過近兩年時間的運行發(fā)現(xiàn)，輻射狀直流系統(tǒng)供電方式提高了設(shè)備運行的可靠性和安全性，最大限度地減少了單回直流饋線短路時對電廠其它直流負(fù)荷的影響，降低了消除和隔離故障的難度。

4 結(jié)語

實踐證明，紫坪鋪水力發(fā)電廠直流系統(tǒng)供電方式改造過程中沒有發(fā)生控制、保護(hù)信號的直流電源中斷，沒有發(fā)生短路或接地，經(jīng)改造后的所有電力設(shè)備運行正常，輻射狀直流供電方式的優(yōu)點在紫坪鋪水力發(fā)電廠的實際生產(chǎn)中也得了很好的體現(xiàn)，充分保證了系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行，提高了供電可靠性，達(dá)到了預(yù)期的效果。