水電站廠用備用電源改進實踐

李懷武

（大唐碧口水力發電廠，甘肅文縣746412）

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水電站廠用備用電源改進實踐

李懷武

（大唐碧口水力發電廠，甘肅文縣746412）

結合水電站生產實際情況，對廠用電接線方式進行改進實踐，為廠用電的設計提供有益的探索。

水電站；廠用電；接線；改進

在關于水力發電廠廠用電的行業設計標準《水力發電廠廠用電設計技術規范》DL/T5164-2002中提出：中型水電站應設置兩個獨立電源，其中一個電源點可處于備用狀態（5.1.6.2項）；并可將施工電源改為一個獨立外來電源（5.1.3.3項）。文中介紹按這一原則設計的水電站廠用電系統方式和其在使用過程中出現的問題及其改進方式。

1　廠用電原系統介紹

水電站上游建有季調節水電站，電站是其反調節電站，安裝3臺軸流轉槳式水輪發電機組，總裝機容量為111MW，110 kV同塔雙回線路供電網，屬中型水電站。

電站廠用電系統布置如下：400 V廠用系統分三段，11號廠用變供Ⅰc段，13號廠用變供Ⅲc段，上述兩段均接有用電負荷；Ⅱc段為聯絡，Ⅰc、Ⅱc段之間設有聯絡斷路器421，Ⅱc、Ⅲc之間設有聯絡斷路器423。

400 V廠用系統有兩個獨立電源供電。工作電源之一引自1、3號主變壓器低壓側的11、13號干式變壓器作為廠用工作電源；另一工作電源由原電站10 kV施工電源改建而來，由變電站通過10 kV線路接引至10號干式變壓器作為廠用備用電源。

11、13號廠用變可由1、3號發電機或電網雙回同塔線路供電，屬同一個電源點，110 kV線路長約8.3 km；10 kV備用電源線路長約4 km，相關變電站電源引自220 kV樞紐變35 kVⅠ段，長約12 km。

電站另設有保壩電源，由300 kW柴油發電機構成，可作為廠用電的應急備用電源。

圖1　改造前的廠用系統接線圖

廠用變壓器的保護由時限速斷保護、過流保護、零序保護、過負荷保護、溫度過高保護組成。過電流和零序保護延伸至400 V母線上，并配備有跌落式熔斷器保護。

發電機設一面發電機保護盤，由WFB-811保護裝置、ZSZ-811/B開關操作箱等組成。比率制動式差動保護是發電機內部相間短路故障的主保護。高靈敏零序電流型橫差保護，作為發電機內部匝間、相間短路及定子繞組開焊的主保護。發電機定子接地保護保護發電機定子繞組，當任一點發生單相接地時，動作發信號。轉子一點接地保護主要反映轉子回路一點接地故障。失磁保護防止發電機勵磁消失導致失步。復合電壓啟動（方向）過流保護作為變壓器或相鄰元件的后備保護。

2　廠用電原系統運行情況

10 kV線路做為水電站廠用備用電源，僅在1號或3號變壓器檢修時，帶廠用400 VⅠc或Ⅲc段運行或在110 kV母線檢修、110 kV系統全停時，帶全廠廠用電運行。

10 kV線路全長約4 km，其中3 km分布在林區，1 km分布在田地。線路所經山區、田地，部分桿基地質條件差，交通不便，維護較難。線路自投運以來，一直運行不穩定，主要存在以下4個問題：

（1）由于電網原因，為保證農網遠端用戶電壓質量，10 kV電壓一直偏高，在12 kV左右運行，自投運以來，因線路接地、雷擊等導致的過電壓致使水電站發生4次設備損壞事件：分別為HY5WZ-17/45（Q）型避雷器C相擊穿故障、B相LZZBJ9-12型電壓互感器匝間絕緣損壞故障、B相XRNP-12/0.5A型高壓熔斷器熔毀故障、SDB1-10Z型過電壓吸收裝置損壞。

（2）10 kV線路進入水電站大壩處的跌落熔斷器安裝在距離地面7m的電桿上，操作極其不便，嚴重影響廠用系統的方式切換，若對其改造加裝10 kV戶外斷路器需增加費用。

（3）由于暴雨洪水對10 kV線路損毀嚴重，48基電桿中9處出現滑坡、倒桿情況，已無法原址修復，如對10 kV線路進行全面改造恢復也需增加費用。

（4）暴洪后10 kV線路和備用電源設備處在停運狀態，廠用電源處于單一供電方式。

綜合以上因素，為消除廠用無備用電源的重大隱患，保證10 kV備用電源能盡快投入運行，又能最大限度的節約成本，將10 kV備用電源引自2號發電機出口處。

3　廠用電系統設備改造校核

依據《水力發電廠廠用電設計規程》DL/T5164-2002，電站屬于中型水電廠，根據5.1.6條款的要求，需有兩個獨立電源，其中一個電源點可處于備用狀態。將廠用備用電源引自2號發電機出口處基本滿足設計規程要求。

改造后，廠用電正常由Ⅰc、Ⅲc段分段運行，在線路故障，特別是電網故障，滿足黑啟動的要求，優先開啟2號發電機保廠用電，減少了黑啟動過程中切除主變的操作過程。

在檢修期：1號或3號發變組檢修時，2號機運行，可保證站內由兩個電源供電。

在非檢修期，2號機運行時，10B作熱備用；2號機停運時，10B作冷備用。

3.110kV電纜選擇核算

原備用電源選用YJV-3×70電纜，額定載流量為130A。廠用變額定電流46.2A，YJV-3×70電纜滿足使用要求。

3.2接入點10 kV配電柜母線排電流容量核算

1號配電柜TMY-3-（60×6）,母線材料為銅，豎放安裝，允許的載流量為770 A，遠遠大于廠用變和勵磁變額定電流之和92.9A（勵磁變額定電流46.7A，廠用變額定電流46.2 A），滿足使用要求。1號配電柜為單母線排，接引時制作接線過渡排。

3.3發電機短路電流校驗及保護問題

根據設計院關于水電站的短路設計資料：短路點發生在廠用高壓側，單臺發電機短路沖擊電流為35.57 kA，加上變壓器端短路沖擊電流可達95.85kA。廠用備用變壓器高壓側開關斷開額定電流1 250 A，額定短時耐受電流40 kA，滿足不了開斷要求，需加裝限流熔斷器，額定電流125A，額定開斷電流100kA，以滿足安全使用的要求。

3.4事故情況下的過渡過程的影響評估

考慮在1、3號主變同時退運，2號機組并網運行，備用廠用變帶全站廠用負荷時，遇電網事故，2號機組可能在100%負荷下從電網解列，形成甩負荷，轉速上升對用電負荷的影響。

通過同型號機組100%甩負荷試驗，發電機端電壓無明顯變化，機組轉速上升至126.4%ne，頻率最高達63.2 Hz，頻率調整過程持續11 s。

通過有關研究資料顯示，頻率升高、長時間運行對電動機的輸出功率無影響，額定轉矩、啟動轉矩會下降17%以上。頻率升高、長時間運行對變壓器會引起鐵心磁通密度下降，銅損上升，溫升加大，達不到額定功率。但改造后的廠用變均在故障的較短時間內運行，并無嚴重損害，可滿足事故情況下的使用要求。

4　設備改造情況

結合水電站2號發電機檢修，對其10 kV廠用備用電源進行改造。

電氣一次部分改造，拆除原10號變壓器KYN28A-12-041G型中置式電壓互感器柜，安裝FUR-10kV限流熔斷器柜；敷設1回ZR-YJV 3×70型電纜接引至限流熔斷器柜和2號發電機勵磁變壓器電壓互感器柜母線間，一次設備接線連接良好。

二次保護作了相應改動，滿足廠用變壓器和發電機的保護要求。

改造完工后，做2號發電機保護聯動試驗：模擬2號機發電機差動保護、低壓過流保護II段保護動作，保護裝置能正確跳開102開關；模擬低壓過流保護I段保護動作，保護裝置能正確不跳102開關。

做10號廠用變保護聯動試驗：模擬10號廠用變高壓側過流保護及低壓側零序保護，102開關及402開關均動作正常。2號發電機空載建壓，10號變壓器低壓側400 V鑒相正確，試運正常。

在隨后的110 kV母線停電檢修期間，帶全廠400 V負荷試運36 h，紅外測溫檢查各部溫升正常，設備投入正常運行；廠用黑啟動模擬試驗滿足要求，電源改造達到預期效果。

通過此次水電站廠用系統改造，積累了中小型水電站運行經驗：在水電站廠用電設計時，可考慮單臺發電機帶廠用的接線方式，以利用水力發電機組啟動快速，從而滿足水電站黑啟動等特殊情況下的需求。

圖2　改造后的廠用系統接線圖

[1]DL/T5164-2002水力發電廠廠用電設計技術規范[S].中華人民共和國國家經濟貿易委員會.

TM645

B

1672-5387（2016）02-0041-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.02.012

2015-06-18

李懷武（1972-），男，工程師，從事水電站電氣設備檢修維護工作。