株溪口水電廠廠用電可靠性研究

李華喜 陳伽

（五凌電力有限公司株溪口水電廠 湖南益陽 413500）

株溪口水電廠廠用電可靠性研究

李華喜 陳伽

（五凌電力有限公司株溪口水電廠 湖南益陽 413500）

株溪口水電廠裝有4臺低水頭泡貫流式機(jī)組，受送出線單一及當(dāng)?shù)靥鞖獠环€(wěn)定因素影響，時常出現(xiàn)由于雷擊導(dǎo)致我廠線路對側(cè)跳閘，機(jī)組過頻率停機(jī)全廠停電廠用電消失后不能在極短時間內(nèi)恢復(fù)廠用電。受限于上游水位的調(diào)節(jié)能力，特別在汛期全廠停電時若出現(xiàn)設(shè)備不穩(wěn)定或操作不及時很有可能導(dǎo)致水漫弧門的情況發(fā)生，極端情況有漫壩的風(fēng)險(xiǎn)。采用2類保廠用電可行性方法，對廠用電可靠性進(jìn)行理論研究，確保電廠安全運(yùn)行。

燈泡貫流式；跳閘；廠用電；研究

1 前言

株溪口水電廠位于湖南資水干流中游，裝有4臺18.5MW水輪機(jī)組，主變均為擴(kuò)大單元接線方式。廠用電正常運(yùn)行方式為1號廠用變帶廠用Ⅰ、Ⅱ段，2號廠用變帶廠用Ⅲ段運(yùn)行，廠房及壩頂柴油發(fā)電機(jī)處于冷備用狀態(tài)，可對壩區(qū)弧門泵站供電。機(jī)組出口母線為10.5kVⅠ母和10.5kVⅡ母，線路側(cè)為共110kV母線，兩條110kV送出線（目前運(yùn)行方式為一條運(yùn)行送出、另一條熱備用）。

汛期雷雨季節(jié)上游最高工作水位海拔87.5m，在4臺機(jī)組運(yùn)行且入庫流量大于1200m3/s時上游水位不超過87.2m運(yùn)行，當(dāng)上游柘溪電廠在汛期機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時，電廠一旦遇到全廠停電壩頂不及時送電時上游水位會在短短10min內(nèi)快速上漲到88m超過弧門全關(guān)時頂部，成為電廠安全生產(chǎn)重大隱患。

通過對電廠廠用電進(jìn)行理論可行性研究，從機(jī)組外部電源和機(jī)組自身保廠用對其本質(zhì)問題進(jìn)行分析，理論上能消除電廠重大安全隱患，具有一定參考價值。

2 機(jī)組外部電源保廠用可靠性研究

在全廠停電緊急時刻，電廠首先考慮啟動壩頂柴油發(fā)電機(jī)，通過水工值班人員簡單倒閘操作即可給弧門泵站供電。雖壩頂負(fù)荷較小，不用臨時切除其它負(fù)載等復(fù)雜，但由于水工值班人員電氣專業(yè)受限，在操作開關(guān)及設(shè)備出現(xiàn)異常時難以判斷和解決而延誤時機(jī)。

當(dāng)壩頂柴油發(fā)電機(jī)出現(xiàn)問題或其它原因?qū)е碌归l不成功時可通過主廠房柴油發(fā)電機(jī)供大壩弧門泵站電源。由于主廠房柴油發(fā)電機(jī)送出母線包含排水泵等眾多負(fù)載，且需要倒換廠用電供電方式，以切除其它不必要的負(fù)荷，操作相對繁瑣，特別是在緊急情況時，在“無人值班，少人值守”的情況下一但發(fā)生線路跳閘，機(jī)組全停后廠用電消失，人員難以保證在短時間內(nèi)處理防汛、發(fā)電、恢復(fù)送電等緊急措施。

當(dāng)采用外來電源送電時首先考慮進(jìn)行內(nèi)外部電源系統(tǒng)隔離，通過外部線路反送電至近區(qū)大壩供電，不需考慮所帶近區(qū)其它負(fù)荷影響即可立即送電，但由于外來電源取自當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)薄弱區(qū)，一旦電廠全廠停電時很有可能外來電源也會同時消失，失去外來電源保護(hù)。

以上3種方式有一個共同點(diǎn)就是要想恢復(fù)機(jī)組正常供電方式運(yùn)行還需進(jìn)行電源倒換、機(jī)組零起升壓帶主變恢復(fù)機(jī)組正常運(yùn)行等一系列非常多復(fù)雜的操作，操作中難免出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，同時會出現(xiàn)棄水損失電量。目前，國內(nèi)同類型機(jī)組都有過頻保廠用電失敗或概率不高現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)全廠停電的情況的解決方案往往局限于外來保安電源、柴油發(fā)電機(jī)供電等，很少對機(jī)組調(diào)速器動態(tài)特性、監(jiān)控及保護(hù)功能完善等方面做出詳細(xì)、系統(tǒng)分析及采取優(yōu)化試驗(yàn)。因此，很有必要對線路甩負(fù)荷機(jī)組過頻保廠用電進(jìn)行深入研究。

3 機(jī)組自身保廠用可靠性研究

當(dāng)上游入庫流量較小且不緊急情況時，電廠可采用啟動主廠房柴油發(fā)電機(jī)，通過隔離廠用變，切除多余負(fù)荷，給一臺機(jī)組輔機(jī)電源供電，機(jī)組零起升壓恢復(fù)廠用電及近區(qū)大壩供電運(yùn)行。但主廠房柴油發(fā)電機(jī)一旦出現(xiàn)問題，短時間內(nèi)很難恢復(fù)機(jī)組正常運(yùn)行，由此會產(chǎn)生大量棄水損失電量，機(jī)組開機(jī)不及時還會面臨調(diào)度以及公司部門考核，對電廠聲譽(yù)影響也巨大。

當(dāng)電廠送出線對側(cè)跳閘時一種更加直接的方法是通過機(jī)組自身穩(wěn)定運(yùn)行保廠用。完善4臺機(jī)組調(diào)速器控制邏輯、優(yōu)化性能參數(shù)，改變導(dǎo)葉分段關(guān)機(jī)規(guī)律，使得機(jī)組調(diào)速器在線路甩負(fù)荷時，第一時間將導(dǎo)葉開度關(guān)至當(dāng)前水頭下的空載開度，以控制機(jī)組最大轉(zhuǎn)速上升率，避免機(jī)組轉(zhuǎn)速過頻和低頻電氣事故停機(jī)或轉(zhuǎn)速波動導(dǎo)致?lián)p壞設(shè)備不穩(wěn)定運(yùn)行。完善調(diào)速器小網(wǎng)控制模式，使得機(jī)組帶廠用負(fù)荷下，進(jìn)入小網(wǎng)控制模式，保證機(jī)組頻率穩(wěn)定在50Hz左右，通過監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)人工切機(jī)保留一臺機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。面臨的問題是送出線對側(cè)可能存在不穩(wěn)定的區(qū)域不穩(wěn)定負(fù)荷，以及機(jī)組相互之間的功率互搶現(xiàn)象，很難保證機(jī)組能夠正常保廠用電以及面臨廠用電質(zhì)量不高等問題，而且對4臺機(jī)組都進(jìn)行調(diào)速器性能研究試驗(yàn)本身成本也偏高。

由于我廠為地調(diào)電廠，保護(hù)切機(jī)裝置沒有授權(quán)投入，為了機(jī)組自身保廠用電成功，可采取新增設(shè)線路甩負(fù)荷測頻裝置，3路電壓輸入模擬量分別為110kV母線5X14TV、Ⅰ段10.5kV母線3X14TV、Ⅱ段10.5kV母線3X24TV二次側(cè)電壓，當(dāng)測頻裝置檢測到3路電壓輸入頻率任意2路頻率大于50.5Hz、且此2路頻率連續(xù)為3個轉(zhuǎn)速上升率大于設(shè)定值，且線路送出電流微小時（避免由于系統(tǒng)震蕩而誤動），測頻裝置輸出常開接點(diǎn)接入公用開關(guān)站LCU及機(jī)組LCU。

通過公用開關(guān)站LCU自動跳開兩臺主變高壓側(cè)斷路器進(jìn)行內(nèi)、外部隔離，避免區(qū)外負(fù)荷不穩(wěn)定影響機(jī)組的正常工況及線路對側(cè)突然來電對主變的沖擊。

v結(jié)合我廠近區(qū)大壩供電方式，通過機(jī)組LCU采取保10.5KVⅠ段母線正常帶電方式。只對1號、2號機(jī)組進(jìn)行調(diào)速器性能研究，一旦測頻裝置檢測出線路對側(cè)跳閘我廠甩負(fù)荷時對不用參與的3號、4號機(jī)組進(jìn)行自行電氣事故停機(jī)處理，當(dāng)2號機(jī)組運(yùn)行時1號機(jī)組也進(jìn)行自行電氣事故停機(jī)處理，2號機(jī)組留著保廠用電。當(dāng)2號機(jī)組備用，1號機(jī)組運(yùn)行時1號機(jī)組留著保廠用電。當(dāng)1號、2號機(jī)組都不運(yùn)行時認(rèn)為上游來水較少，放棄保廠用電措施，這樣會大大增加保廠用電成功概率。需要注意的是增加測頻裝置多了一個不穩(wěn)定因數(shù)，不排除誤動的可能性，且當(dāng)線路對側(cè)出現(xiàn)跳閘甩負(fù)荷后公用開關(guān)站LCU自動跳開兩臺主變高壓側(cè)斷路器必須得到調(diào)度部門同意，而這兩個方面的問題可以通過提高設(shè)備的穩(wěn)定性和與調(diào)度部門溝通許可并備案易解決。

4 結(jié)論

（1）針對電廠接線結(jié)構(gòu)，闡述了電廠全廠停電面臨的風(fēng)險(xiǎn)和及時恢復(fù)廠用電的重要性。

（2）針對機(jī)組外部電源3種方式給壩頂泄洪閘門供電存在的安全隱患和穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，恢復(fù)機(jī)組正常供電方式運(yùn)行還需進(jìn)行的一系列倒閘操作是機(jī)組外部電源恢復(fù)廠用電的共性問題。

（3）對機(jī)組自身保廠用可靠性進(jìn)行了理論研究分析，采取4臺機(jī)組同時參與保廠用人工切機(jī)的方式理論可行，實(shí)際成功率受外界因素影響大，試驗(yàn)投入成本較高。采用1號、2號機(jī)保廠用并增設(shè)測頻裝置方式判斷線路對側(cè)甩負(fù)荷，從而進(jìn)行一系列監(jiān)控自動化選機(jī)和倒閘，提高了機(jī)組保廠用電穩(wěn)定性和可靠性，不穩(wěn)定因數(shù)和調(diào)度管轄開關(guān)動作授權(quán)容易控制。

[1]彭 永.柴油發(fā)電機(jī)在發(fā)電廠中的運(yùn)用和維護(hù)[J].現(xiàn)代制造，2016（27）：45～46.

[2]魏守平，等.水輪機(jī)調(diào)速器的PLC測頻方法[J].水電能源科學(xué)，2000（4）：31～33.

[3]魏守平.現(xiàn)代水輪機(jī)調(diào)節(jié)技術(shù)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002.

[4]劉永杰.水電廠倒換廠用電操作方法改進(jìn)[J].新疆電力，2005（4）：67～68.

TV734

A

1004-7344（2016）35-0136-01

2016-11-28

李華喜（1981-），男，助理工程師，本科，主要從事水電自動化工作。