下坊水電站廠用電自動(dòng)化控制改造及分析

賈建中，羅海英

（九江新華水電開發(fā)有限公司下坊水電站，江西 九江332300）

1 概述

下坊水電站裝有2臺(tái)燈泡貫流式機(jī)組，電站通過單回110kV線路并入電網(wǎng)，當(dāng)線路或電網(wǎng)發(fā)生故障停電時(shí)，電站會(huì)出現(xiàn)短時(shí)全廠失電情況。保安電源200kW的柴油發(fā)電機(jī)安裝于壩頂配電室，其位置離中控室和400V廠用電配電室位置較遠(yuǎn)。由于沒有設(shè)計(jì)自動(dòng)啟柴油機(jī)保廠用電流程，緊急失電情況下，需要手動(dòng)進(jìn)行保廠用電操作，操作最快時(shí)間需要10min，且操作比較復(fù)雜，容易誤操作，對(duì)安全生產(chǎn)構(gòu)成隱患。

2 廠用電

2.1 接線及運(yùn)行方式

下坊水電站400V廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為3段，電源分別取自6.3kVⅠ、Ⅱ段母線。設(shè)計(jì)正常運(yùn)行方式為：1號(hào)廠變帶廠用400VⅠ段運(yùn)行，2號(hào)廠變帶廠用400VⅡ段運(yùn)行，壩區(qū)變帶壩區(qū)400V Ⅲ段（1臺(tái)壩變運(yùn)行，1臺(tái)壩變備用）運(yùn)行，柴油發(fā)電機(jī)做為全廠保安電源?？紤]到電站實(shí)際負(fù)荷及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，電站將1、2號(hào)壩變備用，由2號(hào)廠變通過422、434開關(guān)向400V壩區(qū)Ⅲ段負(fù)荷供電。廠用電400VⅠ段與廠用電400VⅡ、Ⅲ段通過400開關(guān)互為暗備用，當(dāng)400VⅠ段或Ⅱ段某一段母線失電時(shí)，備自投BZT動(dòng)作跳開失電母線段廠變高、低壓側(cè)開關(guān)，合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)400，起到保電目的。

具體接線及正常運(yùn)行方式如圖1所示。

圖1 下坊水電站廠用電接線圖

表1 廠用電系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

2.2 存在的問題

（1）倒閘操作復(fù)雜

在倒換廠用電操作過程中，需操作確認(rèn)廠用電系統(tǒng)開關(guān)的位置（如：411、400、421、422、431、432、433、434等），由于接線復(fù)雜開關(guān)較多，且各開關(guān)不在同一配電室，致使操作人員不斷地往返于各配電室，增加了工作量，加之事故處理緊急情況下，心情緊張?jiān)谒y免，容易誘發(fā)誤操作。

（2）有誤操作的可能

廠、壩變低壓側(cè)開關(guān)型號(hào)：CW1-2000萬能式開關(guān)如圖2所示，圖中C、D 按鈕是自動(dòng)化回路中的“合、分”閘按鈕，A、B按鈕是開關(guān)本體裝置設(shè)置的機(jī)械“分、合”閘按鈕。為防止400V壩區(qū)Ⅲ段形成環(huán)路運(yùn)行，在431、432、433開關(guān)合閘回路中設(shè)置了電氣閉鎖，保證只能有一個(gè)開關(guān)處于合閘位置。手動(dòng)倒換廠用電操作過程中，假設(shè)433開關(guān)在“合閘”位置，如果手動(dòng)操作431或432開關(guān)的B按鈕，就躲過了回路閉鎖，使得431開關(guān)或432開關(guān)合閘，造成柴油發(fā)電機(jī)對(duì)變壓器低壓側(cè)送電，形成很大的沖擊電流，造成誤操作。

圖2

（3）有非同期隱患

400VⅡ、Ⅲ段聯(lián)絡(luò)開關(guān)434、422為抽屜式開關(guān)，沒有位置信號(hào)輔助接點(diǎn)，故431、432、433開關(guān)與434、422開關(guān)之間沒有電氣閉鎖。如果400VⅡ段通過422、434開關(guān)給壩區(qū)Ⅲ段供電，倒閘操作過程中，柴油發(fā)電機(jī)開啟后誤合433開關(guān)，即造成非同期合閘。

3 廠用電自動(dòng)化改造

3.1 目標(biāo)

實(shí)現(xiàn)廠用電倒換的程序化控制，通過監(jiān)控系統(tǒng)完成自動(dòng)啟、停柴油發(fā)電機(jī)，自動(dòng)完成廠用電開關(guān)分、合閘的倒廠用電操作，自動(dòng)進(jìn)行機(jī)組工況及廠變投運(yùn)情況判斷，程序一鍵實(shí)現(xiàn)中控室倒廠用電的所有操作，免除人為現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作步驟。

3.2 分析及解決的問題

廠用電實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)倒閘操作，在程序及自動(dòng)化回路中需要解決以下幾個(gè)問題：

（1）機(jī)組狀態(tài)

燈泡貫流式機(jī)組輔助設(shè)備較多，機(jī)組在發(fā)電狀態(tài)進(jìn)行倒廠用電操作，會(huì)造成輔助設(shè)備的停運(yùn)（如：機(jī)組潤(rùn)滑油泵、冷卻水泵、發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)等），影響機(jī)組運(yùn)行安全。因此，在倒廠用電的程序中應(yīng)判斷1、2號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)盡量避免機(jī)組發(fā)電狀態(tài)下倒換廠用電，程序執(zhí)行時(shí)必須提醒運(yùn)行人員是否繼續(xù)進(jìn)行操作。通過判斷兩臺(tái)發(fā)電機(jī)出口開關(guān)610、620的分合閘位置可實(shí)現(xiàn)機(jī)組狀態(tài)判斷。

（2）開關(guān)控制

為保證操作的正確性，程序要判斷廠用電系統(tǒng)各開關(guān)的位置，并按倒廠用電倒閘的先后順序進(jìn)行正確地設(shè)置，進(jìn)行分、合閘操作。

（3）電氣回路閉鎖

廠用電400VⅡ段與壩區(qū)Ⅲ段因?yàn)闆]有電氣閉鎖，可能造成環(huán)網(wǎng)或非同期運(yùn)行，因此在壩區(qū)Ⅲ段431、432、433開關(guān)回路中應(yīng)加合閘的閉鎖條件，考慮到434、422開關(guān)為抽屜式開關(guān)，沒有輔助接點(diǎn)，無法通過開關(guān)判斷位置?？梢栽?00V壩區(qū)Ⅲ段母線上安裝380V電壓繼電器，通過判斷電壓來閉鎖431、432、433開關(guān)的合閘回路，如400V壩區(qū)Ⅲ段有電壓，則431、432、433開關(guān)不能合閘。

（4）用電負(fù)荷

當(dāng)機(jī)組在發(fā)電狀態(tài)下因線路或電網(wǎng)故障造成機(jī)組事故停機(jī)全廠失電時(shí)，由于導(dǎo)葉關(guān)閉，調(diào)速器大量用油，調(diào)速器油壓可能下降至備用泵啟動(dòng)值或更低。在恢復(fù)送電過程中，調(diào)速器3臺(tái)油泵（2臺(tái)45kW，1臺(tái)5.5kW）會(huì)同時(shí)啟動(dòng)，形成很大的沖擊電流，造成柴油發(fā)電機(jī)因電流過大停機(jī)，因此在柴油發(fā)電機(jī)保廠用電操作時(shí)應(yīng)禁止調(diào)速器2臺(tái)大油泵啟動(dòng)，通過調(diào)速器小油泵（5.5kW）逐步建立油壓，柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行正常后，可手動(dòng)逐一解禁油泵。

（5）方式選擇

柴油發(fā)電機(jī)帶廠用電轉(zhuǎn)為由廠變帶廠用電時(shí)，由于1、2號(hào)廠變不一定全部具備投運(yùn)條件，程序需要進(jìn)行自動(dòng)選擇，第1種：1號(hào)廠變高壓側(cè)有電源，2號(hào)廠變高壓側(cè)無電源時(shí)，需要將廠用電倒為1號(hào)廠變帶全廠廠用電的運(yùn)行方式；第2種：1、2號(hào)廠變高壓側(cè)都有電源時(shí)，需要將廠用電倒為1、2號(hào)廠變分段帶Ⅰ、Ⅱ段廠用電的運(yùn)行方式；第3種：1號(hào)廠變高壓側(cè)無電源，2號(hào)廠變高壓側(cè)有電源時(shí)，需要將廠用電倒為2號(hào)廠變帶全廠廠用電的運(yùn)行方式；第4種：1、2號(hào)廠變高壓側(cè)均無電壓，操作人員誤執(zhí)行程序時(shí)，程序需要退出，防止誤停電。因此，廠用電恢復(fù)為廠變帶廠用電時(shí)，程序執(zhí)行初就要對(duì)6.3kVⅠ、Ⅱ段母線電壓進(jìn)行判斷，確定廠用電的正確運(yùn)行方式。

（6）程序

下坊水電站監(jiān)控系統(tǒng)為開放分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)，由2個(gè)操作員站，1個(gè)工程師站，1個(gè)外部通信服務(wù)器和4個(gè)LCU組成。通過分析，倒廠用電程序所監(jiān)控和判斷的對(duì)象既包含發(fā)電機(jī)出口開關(guān)（機(jī)組LCU），6.3kV母線電壓和廠用電Ⅰ、Ⅱ段開關(guān)（公用LCU），又包含壩區(qū)Ⅲ段開關(guān)（壩區(qū)LCU），因此倒廠用電程序應(yīng)安裝在電廠控制層。為確保程序的安全性，最后確定將主程序安裝在工程師站，操作界面安裝在操作員站，通過監(jiān)控系統(tǒng)PGP中的API函數(shù)進(jìn)行主程序與操作界面的聯(lián)系及數(shù)據(jù)共享。

3.3 程序流程

（1）柴油發(fā)電機(jī)帶廠用電負(fù)荷黑啟動(dòng)流程

全廠失電需要保電或計(jì)劃用柴油發(fā)電機(jī)帶廠用電時(shí)，啟動(dòng)該程序。

第1步：中控室啟動(dòng)“柴油發(fā)電機(jī)帶廠用電負(fù)荷黑啟動(dòng)”程序。

第2步：程序執(zhí)行后檢查發(fā)電機(jī)出口開關(guān)的位置，判斷1、2號(hào)發(fā)電機(jī)是否在發(fā)電態(tài)，當(dāng)有1臺(tái)或2臺(tái)機(jī)組在發(fā)電時(shí)，程序提醒流程是否繼續(xù)進(jìn)行，如否則程序退出；如繼續(xù)執(zhí)行時(shí)，則點(diǎn)擊按鈕繼續(xù)。

第3步：程序檢查柴油發(fā)電機(jī)出口433開關(guān)是否在分位，判斷柴油發(fā)電機(jī)是否在發(fā)電（防止誤啟動(dòng)程序），如433開關(guān)在“合”位，表明柴油發(fā)電機(jī)已在發(fā)電態(tài)，則程序退出；如433開關(guān)在“分”位則流程繼續(xù)往下執(zhí)行。

第4步：程序啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，并監(jiān)測(cè)柴油發(fā)電機(jī)電壓大于 380V。同時(shí)跳開 431、432、421、400 開關(guān)，并禁止啟動(dòng)1、2號(hào)機(jī)組調(diào)速器1號(hào)、2號(hào)壓油泵。當(dāng)所有條件滿足時(shí)則進(jìn)行下一步。

第5步：程序合柴油發(fā)電機(jī)出口433開關(guān)，給壩區(qū)Ⅲ段和廠用電Ⅱ段供電（434、422開關(guān)在合位）。

第6步：程序判斷廠用電400VⅡ電壓大于380V后進(jìn)行下一步。

第7步：程序分1號(hào)廠變低壓側(cè)411開關(guān)，當(dāng)檢測(cè)411開關(guān)在分位后，進(jìn)行下一步操作。

第8步：程序合400VⅠ、Ⅱ段聯(lián)絡(luò)開關(guān)400。

第9步：程序檢測(cè)廠用電400VⅠ段電壓大于380V時(shí)，則柴油發(fā)電機(jī)帶廠用電負(fù)荷黑啟動(dòng)程序結(jié)束。

（2）柴油發(fā)電機(jī)帶廠用電轉(zhuǎn)為廠變帶廠用電流程

當(dāng)6.3kV系統(tǒng)恢復(fù)供電，需要將柴油發(fā)電機(jī)停機(jī)用廠變帶廠用電時(shí)，中控室需要進(jìn)行以下操作：

第1步：中控室啟動(dòng)“柴油發(fā)電機(jī)帶廠用電轉(zhuǎn)正常廠用電”程序。

第2步：程序啟動(dòng)后，程序檢測(cè)6.3kVⅠ、Ⅱ段電壓情況共4種（①6.3kVⅠ、Ⅱ段母線有壓；②6.3kVⅠ段母線有壓、Ⅱ段母線無壓；③6.3kVⅠ段母線無壓、Ⅱ段母線有壓；④6.3kVⅠ、Ⅱ段母線無壓）。程序按照檢測(cè)到的結(jié)果依照設(shè)定的倒廠用電步驟自動(dòng)進(jìn)行分合閘操作。

第3步：程序停柴油發(fā)電機(jī)。

第4步：程序解禁1、2機(jī)調(diào)速器1、2號(hào)壓油泵。

第5步：程序退出。

4 結(jié)語(yǔ)

下坊水電站廠用電自動(dòng)化改造運(yùn)用1年多以來，實(shí)踐證明其性能、安全、功能等方面都達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，柴油發(fā)電機(jī)手動(dòng)啟動(dòng)帶廠用電操作需要10min，現(xiàn)只需要3min時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了快速啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)帶廠用電，很好地解決了線路事故時(shí)保廠用電操作的難題，也解決了線路恢復(fù)送電時(shí)，需要人為操作保廠用電的復(fù)雜性，保證了全廠機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行，并提高了電廠的安全水平。