華光潭梯級水電站遠方過載切機裝置的應(yīng)用

朱躍亮，楊 鈞

（浙能華光潭水力發(fā)電有限公司，浙江 臨安 311322）

華光潭梯級水電站地處浙江省臨安龍崗鎮(zhèn)，位于分水江干流昌化江上游的巨溪上，電站總裝機容量85 MW，其中一級電站裝機2×30 MW，調(diào)節(jié)庫容0.51億m3，額定水頭186.08 m；二級電站裝機2×12.5 MW，調(diào)節(jié)庫容360萬m3，額定水頭68.5 m。兩站之間有1條110 kV聯(lián)絡(luò)線，僅在二級電站有1條110 kV出線。電站于2005年10月全部竣工并網(wǎng)發(fā)電，是目前杭州地區(qū)電網(wǎng)最大的水電站和電網(wǎng)的黑啟動電源。

1 安裝過載切機裝置的必要性

華光潭梯級電站全部投運后，電站發(fā)電總出力達到85 MW，由華電1128線輸出到杭州地區(qū)電網(wǎng)的于潛變電所，再由青于1123線和于潛1126線雙線并入青云變電所的110 kV系統(tǒng)，電站接入系統(tǒng)見圖1。此雙線額定限流為600 A，單線為430 A。汛期時，加上小水電和青山殿電站40 MW出力，青于1123線和于潛1126線任意一回線路跳閘后都會造成另一回線嚴(yán)重超載，最高達到750 A，引起線路輸送嚴(yán)重超載。為此一旦線路過載，于潛變電所青于1123線和于潛1126線相應(yīng)保護動作，跳開于潛變?nèi)A電1128線線路開關(guān)，將切除華光潭梯級電站85 MW的全部負(fù)荷。

圖1 電站接入系統(tǒng)接線圖

如果實施于潛變電所線路過載后直接跳開華光潭梯級電站唯一110出線（華電1128線）切機方案，汛期時若華光潭4臺機組并網(wǎng)發(fā)電，雙機同時甩負(fù)荷對華光潭一級電站長約8 km和二級電站長約6 km的引水隧洞沖擊非常大；若近區(qū)魚跳10 kV線路供電不可靠，華光潭梯級電站極有可能失去廠用電造成全廠失電事故，而且汛期極有可能誘發(fā)庫容很小的二級電站大壩泄洪棄水，影響電站安全經(jīng)濟運行。

為了減輕甩負(fù)荷對華光潭梯級電站輸水隧洞和發(fā)電機組的影響，決定在于潛變電所安裝遠方過載切機裝置，當(dāng)青于1123線或于潛1126線過載時，通過遠方過載切機裝置有選擇性切除華光潭一級電站的1，2號機組，減輕青于1123線或于潛1126線的潮流，同時減輕對華光潭電站的影響。

2 遠方過載減負(fù)荷裝置動作原理

2.1 遠方過載減負(fù)荷裝置的接線

于潛變電所安裝南瑞繼保RCS991保護裝置和FOX41保護通訊接口裝置，分別接入青于1123線線路電流和于潛1126線線路電流以及110 kV母線電壓。華光潭二級電站安裝FOX41保護通訊接口裝置，接收于潛變電所RCS991保護動作信號，F(xiàn)OX41出口接點接入華光潭二級電站開關(guān)站公用計算機監(jiān)控系統(tǒng)（LCU），于潛變電所和華光潭二級電站通過華電1128線線路保護的備用光纖連接，設(shè)備連接示意見圖2。

圖2 設(shè)備連接示意

2.2 線路RCS991過載切機裝置動作邏輯[1]

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障引起青于1123線、于潛1126線輸送的有功功率發(fā)生突變，且有功功率絕對值突變量大于動作門檻值時，則功率絕對值正突變量瞬時啟動：

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致青于1123線、于潛1126線中任意一回線輸送功率絕對值持續(xù)ts秒大于動作門檻值Ps時，則過功率延時啟動：

以上兩種啟動邏輯為“或”的關(guān)系。

裝置動作過程為：

（1）如果青于1123線、于潛1126線中任意一回線輸送有功功率的絕對值持續(xù)tgj秒超過告警定值Pgj，則裝置啟動后進入告警判斷模塊：

裝置告警后同時進入出口動作判斷模塊。

（2）第1次出口動作判斷邏輯：裝置告警后，如果青于1123線、于潛1126線中任意一回線輸送的有功功率低于門檻值，且另一回線輸送的有功功率持續(xù)tgz1秒超過設(shè)定的動作定值，則裝置第1次出口動作切除華光潭一級電站1號機，合計切除30 MW負(fù)荷。

（3）第2次出口動作判斷邏輯：裝置告警后，如果青于1123線、于潛1126線中任意一回線輸送的有功功率低于門檻值，且另一回線輸送的有功功率持續(xù)tgz2秒超過設(shè)定的第2次出口動作定值，則裝置動作切除華光潭一級電站2號機，合計切除30 MW負(fù)荷。

2.3 線路過載切機與繼電保護間的配合

青于1123線和于潛1126線分別配置南瑞繼保公司的LFP-941保護和LFP-912高頻收發(fā)信機。線路若發(fā)生短路或接地故障，相應(yīng)的阻抗保護或接地距離等保護動作，跳開線路開關(guān)。線路過負(fù)荷后，繼電保護裝置發(fā)過負(fù)荷告警信號；線路若過載則過載切機裝置啟動告警和動作出口，有條件切除華光潭1，2號機組，減少青于1123線或于潛1126線線路負(fù)載的潮流。

3 水電站側(cè)動作過程

3.1 裝置接令

當(dāng)于潛變電所線路RCS-991保護裝置動作后，啟動本地保護通訊接口裝置FOX41，根據(jù)線路過載情況的不同，通過光纖向華光潭二級電站通訊接口裝置發(fā)送2次切機命令。華光潭二級電站通訊接口裝置接令后，輸出的2次切機命令接點分別串接兩塊壓板，可根據(jù)實際需要投切。若滿足第1次過載條件，向華光潭二級電站發(fā)令，若線路過載持續(xù)存在，且滿足第2次的條件，發(fā)第2次切機命令。

3.2 程序處理

水電站保護通訊接口裝置FOX41收令后，輸出接點信號至LCU，由梯調(diào)中心自動化監(jiān)控服務(wù)器的程序處理后，向1號機監(jiān)控就地CPU單元發(fā)令，使機組調(diào)速裝置減有功、勵磁調(diào)節(jié)器減無功，在規(guī)定的10 s時間內(nèi)1號發(fā)電機負(fù)荷減至零后跳開1號發(fā)電機開關(guān)。

若線路過載持續(xù)存在，且滿足第2次切機條件，則發(fā)第2次切機命令，同樣經(jīng)程序處理后，向2號機監(jiān)控就地CPU單元發(fā)令，使機組調(diào)速裝置減有功、勵磁調(diào)節(jié)器減無功，在規(guī)定的15 s時間內(nèi)2號發(fā)電機負(fù)荷減至零并跳開2號發(fā)電機開關(guān)。從而有效減少了青于1123線或于潛1126線的線路潮流，滿足電網(wǎng)的穩(wěn)定運行要求。

4 遠方過載切機裝置的應(yīng)用

電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制中，如果系統(tǒng)在故障切除后仍然不能保證穩(wěn)定運行，就需要考慮切機/切負(fù)荷措施。一般情況下，保護配有高、低頻率自啟動裝置，由于受繼電保護和自動化專業(yè)的限制，以往繼電保護裝置動作后直接出口跳開關(guān)甩負(fù)荷。但隨著自動化監(jiān)控技術(shù)不斷推廣應(yīng)用，電網(wǎng)與水電站之間、水電站內(nèi)部可以根據(jù)實際需要，由監(jiān)控控制程序來實現(xiàn)有條件地減負(fù)荷、停機直至跳開關(guān)。

光潭梯級電站可根據(jù)遠方變電所線路過載情況，有條件切除發(fā)電的一級電站1，2號發(fā)電機負(fù)荷，實現(xiàn)先減1，2號發(fā)電機組的有功和無功負(fù)荷，再跳開關(guān)停機，不會造成發(fā)電機甩負(fù)荷，并且二級電站發(fā)電不受影響。

在過載切機試驗中，華光潭一級電站1，2號機組帶滿負(fù)荷30 MW，于潛變電所通過保護調(diào)試裝置模擬線路過載，過載切機裝置出口動作發(fā)令。水電站接收到第1次切機命令后9 s內(nèi)完成減負(fù)荷并跳1號機開關(guān)；如故障繼續(xù)存在，第2次切機命令收到后14 s內(nèi)跳2號機開關(guān)，整個動作過程滿足設(shè)計要求。

2010年3月，杭州地區(qū)連續(xù)降雨，由于于潛變電所到青云變電所聯(lián)絡(luò)故障，幾乎同時10 kV魚跳線遭雷擊跳閘，遠方過載切機裝置動作，華光潭1，2號機組在規(guī)定10 s和15 s時間減負(fù)荷停機。本次電網(wǎng)事故對華光潭梯級水電站安全穩(wěn)定運行毫無影響，保住了一、二級電站廠房的廠用電，3，4號機組仍正常發(fā)電。避免了一起廠用電全部失電事故，30 min后1，2號機組又恢復(fù)并網(wǎng)發(fā)電。

5 結(jié)語

遠方過載切機裝置通過繼電保護和自動化技術(shù)的結(jié)合，運用自動化監(jiān)控程序，實現(xiàn)有條件地切除華光潭梯級水電站的部分負(fù)荷，既減輕了電網(wǎng)故障時的輸電線路的過載問題，又能確保水電站廠用電正常供電，并且能有效防止機組甩負(fù)荷后水錘對輸水長隧洞的破壞性沖擊。

[1] 南京南瑞繼保電氣有限公司.RCS-900系列高壓微機線路保護裝置培訓(xùn)教材[G].

[2] 南京南瑞自動控制有限公司.NC2000計算機監(jiān)控系統(tǒng)使用維護手冊[G].

[3] 張瑞琪，閔勇，侯凱文.電力系統(tǒng)切機/切負(fù)荷緊急控制方案的研究[J].電力系統(tǒng)自動化，2003，27（18）∶6-12.