孤網(wǎng)運(yùn)行電站廠用電系統(tǒng)保障

喬 濤

（中國水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明650032）

1 加蓬大布巴哈水電站情況概述

加蓬大布巴哈水電站位于加蓬奧果韋河上，距離弗朗斯維爾（加蓬第三大城市）直線距離15 km，電站安裝4臺45.76 MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組。電站主體工程有大壩、廠房、引水隧洞、調(diào)壓塔、進(jìn)場公路；一條45 km 220 kV輸電線路與220/63 kV莫安達(dá)變電站連接，單獨(dú)向COMILOG錳礦廠供電；一條24 km的63 kV輸電線路與弗朗斯維爾擴(kuò)建63 kV變電站連接，可向弗朗斯維爾供民用電。

同與弗朗斯維爾變電站連接的還有當(dāng)?shù)仉娏維EEG運(yùn)行的小布巴哈水電站，該電站裝機(jī)容量為4×5.8 MW+2×11.6 MW，可在弗朗斯維爾變電站側(cè)與大布巴哈水電站并網(wǎng)，但該變電站由SEEG運(yùn)行，其僅在小布巴哈水電站機(jī)組容量不能滿足弗朗斯維爾民用負(fù)荷時才手動合閘與大布巴哈水電站并網(wǎng)運(yùn)行，2個電站之間無總調(diào)度指揮，因而小布巴哈水電站不能作為大布巴哈水電站廠用電的備用電源。

2 孤網(wǎng)運(yùn)行的概念

孤網(wǎng)是獨(dú)立電網(wǎng)的簡稱，一般泛指脫離大電網(wǎng)的小容量電網(wǎng)。我國規(guī)定電網(wǎng)中單機(jī)容量一般應(yīng)小于電網(wǎng)總?cè)萘康?%，以保證當(dāng)該機(jī)組發(fā)生甩負(fù)荷時，不影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行。如果電網(wǎng)中的機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)都正常投入，一旦失去小于電網(wǎng)總?cè)萘?%的1臺機(jī)組，電網(wǎng)失去的功率可以暫時由網(wǎng)中其他機(jī)組承擔(dān)，保證電網(wǎng)頻率下降不超過0.2 Hz，轉(zhuǎn)速下降不超過12 r/min，對供電質(zhì)量的影響仍在運(yùn)行規(guī)程規(guī)定范圍內(nèi)。因此，一般情況下，稱最大單機(jī)容量小于電網(wǎng)總?cè)萘?%的電網(wǎng)為大電網(wǎng)，反之稱為小網(wǎng)，孤立運(yùn)行的小網(wǎng)稱為孤網(wǎng)。

大布巴哈水電站單機(jī)容量為45.76 MW，在與小布巴哈水電站并網(wǎng)運(yùn)行時，大布巴哈水電站單機(jī)容量約占系統(tǒng)容量的20%，屬于小網(wǎng)運(yùn)行。由于小布巴哈水電站僅在其容量不滿足弗朗斯維爾民用電負(fù)荷時才通過弗朗斯維爾變電站聯(lián)絡(luò)斷路器合閘與大布巴哈水電站并網(wǎng)運(yùn)行，其余大部分時間大布巴哈水電站獨(dú)立運(yùn)行向COMILOG錳礦廠供電，單機(jī)容量占系統(tǒng)容量的25%，形成典型的孤網(wǎng)運(yùn)行。

3 孤網(wǎng)運(yùn)行電站廠用電系統(tǒng)特點(diǎn)

通常在大電網(wǎng)運(yùn)行的電站，高、低壓廠用電系統(tǒng)均配置有兩段以上母線運(yùn)行，供電模式主要有：①電站發(fā)電機(jī)組供電；②電網(wǎng)電源通過主變反送供電；③通過啟動備用柴油發(fā)電機(jī)組供電。

孤網(wǎng)運(yùn)行電站，無電網(wǎng)電源作為廠用電系統(tǒng)的備用電源。事故停機(jī)時，需運(yùn)維人員啟動柴油發(fā)電機(jī)恢復(fù)廠用電，大大降低了廠用電系統(tǒng)的可靠性。造成事故停機(jī)后供電中斷時間較長，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。

4 大布巴哈水電站廠用電系統(tǒng)概述

4.1 大布巴哈水電站廠用電系統(tǒng)配置

大布巴哈水電站廠用電系統(tǒng)設(shè)計有2臺10.5/0.4 kV廠用變壓器，1～2號發(fā)電機(jī)組供1號廠用變壓器TL12，3～4號發(fā)電機(jī)組供2號廠用變壓器TL34，每臺變壓器10 kV側(cè)的兩個斷路器（TL12-CB11、TL12-CB12；TL34-CB11、TL34-CB12）配 置有RCS-9651C-EN備自投裝置，經(jīng)現(xiàn)場試驗，邏輯正確、動作可靠，實(shí)現(xiàn)了第一級備自投功能。

400 V母線側(cè)低壓配電柜配置有第二級備自投裝置，控制 TL12-CB2、AB-CB2、TL34-CB2，切換1～2號廠用變及A、B段母線的運(yùn)行狀態(tài)。A段母線配置有2臺800 kW的柴油發(fā)電機(jī)組GE1、GE2作為備用電源。

廠用電的主要負(fù)荷均從400 V母線A、B段分別取電，柜內(nèi)配置有主、備電源自動切換裝置，實(shí)現(xiàn)第三級備自投功能。

大布巴哈電站廠用電系統(tǒng)圖見圖1。

圖1 大布巴哈電站廠用電系統(tǒng)圖

4.2 大布巴哈水電站廠用電系統(tǒng)存在問題

（1）由于廠用電均由各臺發(fā)電機(jī)組提供，而長期的運(yùn)行經(jīng)驗表明，孤立電網(wǎng)負(fù)荷波動較大，事故信號時常觸發(fā)多臺運(yùn)行發(fā)電機(jī)組同時事故停機(jī)。若出現(xiàn)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組同時跳GCB事故停機(jī)，因孤網(wǎng)運(yùn)行電站無電網(wǎng)電源作為廠用電系統(tǒng)的備用電源，所以現(xiàn)有備自投系統(tǒng)并不能保障廠用電系統(tǒng)不失電。

（2）現(xiàn)有廠用電備自投系統(tǒng)不具備自啟動備用柴油發(fā)電機(jī)的功能，廠用電失電后需運(yùn)行人員先人工完成倒閘操作，再到柴油機(jī)房（距電站中控室較遠(yuǎn)）啟動柴油發(fā)電機(jī)組向廠用電供電，之后才能啟動水輪發(fā)電機(jī)組，恢復(fù)對電網(wǎng)的供電。熟練運(yùn)行人員完成該套操作約需30 min，操作設(shè)備較多，有一定的安全風(fēng)險。而且主要供電用戶COMILOG錳礦廠不允許出現(xiàn)長時間的停電事故，在其生產(chǎn)過程中出現(xiàn)長時間停電將對生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量造成較大影響。

5 孤網(wǎng)運(yùn)行電站廠用電系統(tǒng)的改進(jìn)

大布巴哈水電站針對投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)的上述問題進(jìn)行了試驗驗證及相關(guān)負(fù)荷計算，對廠用電系統(tǒng)進(jìn)行了以下改進(jìn)措施。

5.1 備自投裝置改進(jìn)

對現(xiàn)有第二級（400 V母線側(cè)）備自投系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，使其邏輯功能符合孤網(wǎng)運(yùn)行電站的需要。通過與柴油發(fā)電機(jī)廠家溝通，并于現(xiàn)場測試柴油發(fā)電機(jī)具備遠(yuǎn)程啟動的功能。遠(yuǎn)方啟動信號閉合后延時2 s啟動柴油機(jī)，從啟動柴油機(jī)到電壓穩(wěn)定400 V為34 s，遠(yuǎn)方啟動信號閉合到電壓正常共計36 s。遠(yuǎn)方啟動信號消失后，延時92 s柴油機(jī)停止工作。36 s的啟動時間可以滿足運(yùn)行中的機(jī)組不會由于輔機(jī)系統(tǒng)中斷事故停機(jī)。因而可以將柴油發(fā)電機(jī)作為可以自動投入的備用電源。改進(jìn)后的400 V廠用電備自投系統(tǒng)邏輯見圖2。

圖2 400 V廠用電備自投系統(tǒng)邏輯圖

（1）正常運(yùn)行工況期間，當(dāng)2號廠用變壓器故障時，PT02電壓消失，PT01電壓正常，斷開2號廠變低壓側(cè)斷路器2 ZKK（TL34-CB2），延時T4合上AB段與B段聯(lián)絡(luò)斷路器4 ZKK（AB-CB2），由1號廠變帶全廠運(yùn)行，流程A-1。

（2）1 號廠變帶全廠運(yùn)行期間，1 ZKK（TL12-CB2）合閘，PT01有電壓，當(dāng)2號廠變故障恢復(fù)（PT02）且電壓恢復(fù)后，斷開AB段與B段聯(lián)絡(luò)斷路器4 ZKK（AB-CB2），延時 T2 合上 2 ZKK（TL34-CB2），恢復(fù)正常運(yùn)行工況，流程A-2。

（3）1號廠變帶全廠運(yùn)行期間，1 ZKK（TL12-CB2）合閘，PT01有電壓，當(dāng)1號廠變故障時，PT01、PT02電源消失全廠失電，斷開1～2號廠變低壓側(cè)斷路器 1 ZKK（TL12-CB2）和 2 ZKK（TL34-CB2），延時T4合上AB段與B段聯(lián)絡(luò)斷路器4 ZKK（AB-CB2），備自投開出柴油發(fā)電機(jī)啟動信號DO5（或DO6），啟動1號（或2號）柴油發(fā)電機(jī)組，當(dāng)PT03（或PT04）電壓大于 95% Ue（380 V）后，合 5 ZKK（G1-CB）（或6 ZKK），用一臺柴油發(fā)電機(jī)對全廠供電，流程A-3。

（4）一臺柴油發(fā)電機(jī)對全廠供電期間，5 ZKK（G1-CB）（或 6 ZKK）合閘，PT03（或 PT04）有電壓（U≥380 V），當(dāng)1號廠變故障恢復(fù)（PT01）且電壓恢復(fù)后，斷開 5 ZKK（G1-CB）（或 6 ZKK），斷開備自投柴油機(jī)啟動信號DO5（或DO6），延時T1合上1 ZKK（TL12-CB2）、延時 T4 合上母聯(lián) 4 ZKK（AB-CB2），由1號廠變帶全廠供電，流程A-4。

（5）流程 B-1、B-2、B-3、B-4 與 A-1、A-2、A-3、A-4類似，不再詳述。

（6）正常運(yùn)行工況期間：1～2號廠變故障：PT01、PT02電源消失全廠失電，斷開1～2號廠變低壓側(cè)斷路器 1 ZKK（TL12-CB2）和 2 ZKK（TL34-CB2），延時T4合上母聯(lián)斷路器4 ZKK（AB-CB2），備自投開出柴油發(fā)電機(jī)啟動信號DO5（或DO6），啟動1號（或2號）柴油發(fā)電機(jī)組，當(dāng)PT03（或PT04）電壓大于95% Ue（380 V）后，合 5 ZKK（G1-CB）（或 6 ZKK），用一臺柴油發(fā)電機(jī)對全廠供電，流程C。

（7）一臺柴油發(fā)電機(jī)對全廠供電期間，5 ZKK（G1-CB）（或 6 ZKK）合閘，PT03（或 PT04）有電壓（U≥380 V），當(dāng)1號廠變和2號廠變故障同時恢復(fù)，PT01和PT02均有電壓（U≥380 V），斷開柴油發(fā)電機(jī) 5 ZKK（G1-CB）（或 6 ZKK）和母聯(lián) 4 ZKK（AB-CB2）開關(guān)，斷開備自投柴油機(jī)啟動信號DO5（或DO6），延時 T1 合上 1 ZKK（TL12-CB2），延時 T2 合上 2 ZKK（TL34-CB2），恢復(fù)正常運(yùn)行工況，流程D。

兩臺柴油發(fā)電機(jī)組GE1、GE2互為主、備用，配置主備用切換開關(guān)SA，可在停機(jī)態(tài)時，由運(yùn)維人員進(jìn)行兩臺柴油發(fā)電機(jī)之間的切換，并將主用柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)置情況反饋至備自投系統(tǒng)，確保備自投控制正確。

兩臺柴油發(fā)電機(jī)組與1～2號廠變低壓側(cè)斷路器5 ZKK（G1-CB）、6 ZKK（G2-CB）與1 ZKK（TL12-CB2）、2 ZKK（TL34-CB2）之間必須有可靠的電氣閉鎖，防止1～2號廠用變供電時柴油發(fā)電機(jī)組誤投入，非同期合閘造成設(shè)備短路事故。

2 臺柴油發(fā)電機(jī)組 5 ZKK（GE1-CB）、6 ZKK（GE2-CB）之間必須有可靠的電氣閉鎖，防止誤將兩臺柴油發(fā)電機(jī)同時投運(yùn)，非同期并網(wǎng)造成設(shè)備短路事故。

運(yùn)維人員需定期維護(hù)檢查柴油發(fā)電機(jī)組，確保主用設(shè)備正常。以保障400 V廠用電A、B段同時失電時，備自投可以啟動柴油發(fā)電機(jī)投入供電。

5.2 增設(shè)失壓脫扣裝置

大布巴哈水電站內(nèi)將負(fù)荷種類分為3類：

（1）Ⅰ類負(fù)荷：直接影響機(jī)組安全運(yùn)行的負(fù)荷，照明負(fù)荷；

（2）Ⅱ類負(fù)荷：通風(fēng)、消防、檢修滲漏排水、空壓機(jī)等電站公用系統(tǒng)；

（3）Ⅲ類負(fù)荷：除Ⅰ、Ⅱ以外的其他負(fù)荷。

一臺柴油發(fā)電機(jī)的容量為800 kW，經(jīng)現(xiàn)場統(tǒng)計A、B段母線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類負(fù)荷合計約有1 500 kW＞800 kW，柴油發(fā)電機(jī)不足以支持其正常運(yùn)行。而一臺水輪發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行需要的Ⅰ類負(fù)荷僅為212 kW＜800 kW，柴油發(fā)電機(jī)可以支持其正常運(yùn)行。

大布巴哈電站在Ⅱ、Ⅲ類負(fù)荷開關(guān)前端增設(shè)失壓脫扣裝置，并設(shè)置動作延時為3 s。第一級10 kV側(cè)備自投動作切換供電的時間約為0.3 s，第二級備自投在1、2號廠用變壓器不同供電方式下切換時間約為0.6 s。因而僅在A、B段母線同時失電，備自投啟動柴油發(fā)電機(jī)供電時失壓脫扣裝置才會動作，切除Ⅱ、Ⅲ類負(fù)荷。在水輪發(fā)電機(jī)組正常啟動，廠用電恢復(fù)正常運(yùn)行工況后再由運(yùn)行人員手動恢復(fù)Ⅱ、Ⅲ類負(fù)荷的供電。同時為確保泄水系統(tǒng)閘門在失電情況下可操作，按《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》要求增加“無動力液控應(yīng)急操作裝置”即可在無電源情況下開關(guān)閘門。

6 結(jié)語

孤網(wǎng)運(yùn)行電站的廠用電系統(tǒng)無電網(wǎng)電源的支持，造成其運(yùn)行可靠性大大降低。因而大布巴哈電站在運(yùn)行實(shí)踐中進(jìn)行改進(jìn)，將柴油發(fā)電機(jī)組作為自啟動的備用電源投入運(yùn)行。提高了廠用電系統(tǒng)的可靠性，并且大大減少了出現(xiàn)事故后的恢復(fù)時間，避免用戶側(cè)出現(xiàn)長時間停電事故，提高了供電質(zhì)量及電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。