水電站廠用電備自投的設(shè)計(jì)及維護(hù)

馬 靜，黃小冬，何澤勝，焦維亮

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司官地水力發(fā)電廠，四川 西昌615704）

0 前言

在10 kV及以下電壓等級廠用電系統(tǒng)中，為提高供電可靠性，保證供電連續(xù)性，防止因廠用電失電導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行異常，常常會采用備自投裝置，它能在一段母線失電后切斷工作電源并迅速投入備用電源（備自投功能），并能在工作電源恢復(fù)供電后切斷備用電源投入工作電源（自恢復(fù)功能），從而縮短供電中斷時(shí)間、降低因失電而引起的損失。

但在實(shí)際運(yùn)行過程中，備自投裝置往往存在接入的模擬量、開關(guān)量較多，控制邏輯較復(fù)雜，閉鎖措施不完善，檢修維護(hù)困難，運(yùn)行可靠性差等諸多問題，如何保證備自投可靠穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)揮其保證廠用電可靠性的作用就成了運(yùn)行維護(hù)人員的首要任務(wù)。

1 備自投的設(shè)計(jì)

1.1 廠用電的設(shè)計(jì)

備自投的主要作用是保證廠用電的可靠性，其設(shè)計(jì)必須先考慮廠用電的結(jié)構(gòu)。目前常用的廠用電結(jié)構(gòu)有分段獨(dú)立結(jié)構(gòu)（圖1）和手拉手環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)（圖 2）。

分段獨(dú)立結(jié)構(gòu)廠用電的外來施工電源（圖1的5DL、6DL）直接接于母線上，作為該段母線的第二個(gè)備用電源，在設(shè)計(jì)備自投時(shí)必須考慮外來施工電源。

手拉手環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)廠用電首尾相連，每段母線均有兩段備用母線，其外來施工電源單獨(dú)接于一段獨(dú)立母線上，需要使用時(shí)手動投入，因此在設(shè)計(jì)備自投時(shí)可不考慮外來施工電源。

分段獨(dú)立結(jié)構(gòu)廠用電的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約電纜成本，缺點(diǎn)是會使用外來施工電源，增加用電成本；手拉手環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)廠用的優(yōu)點(diǎn)是不需要使用外來施工電源，廠用電穩(wěn)定性高；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜，增加電纜成本。因此，電廠需根據(jù)自身要求選擇合適的廠用電結(jié)構(gòu)。

圖1 分段獨(dú)立結(jié)構(gòu)廠用電系統(tǒng)接線示意圖

圖2 手拉手環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)廠用電系統(tǒng)接線示意圖

1.2 備自投的設(shè)計(jì)

備自投設(shè)計(jì)思路主要有兩種：功能完備型和簡單可靠型。這兩種形式各有優(yōu)缺點(diǎn)，功能完備型能滿足各種特殊的運(yùn)行方式，減少人為操作風(fēng)險(xiǎn)，但邏輯復(fù)雜，接入量較多，運(yùn)行中的風(fēng)險(xiǎn)和檢修調(diào)試的難度較高；簡單可靠型備自投邏輯設(shè)計(jì)簡單，功能易實(shí)現(xiàn)，且也能保證廠用電的穩(wěn)定性，但不能滿足特殊運(yùn)行方式的要求，會增加人為操作。

考慮到廠用電下級負(fù)荷通常也有備用電源，即使廠用電短時(shí)失電也不至于影響機(jī)組的正常運(yùn)行，但是如果因?yàn)閭渥酝兜恼`動導(dǎo)致兩段廠用電合環(huán)運(yùn)行，將可能導(dǎo)致廠用電中產(chǎn)生大電流，危及人身和設(shè)備安全，因此備自投的設(shè)計(jì)思路推薦為“按廠設(shè)計(jì)，邏輯簡單，功能可靠”。例如圖1所示分段獨(dú)立廠用電系統(tǒng)Ⅰ段母線備自投可設(shè)計(jì)為Ⅰ母無壓，1DL進(jìn)線無流，若Ⅱ母有壓，進(jìn)線開關(guān)2DL在合位且聯(lián)絡(luò)開關(guān)2-3DL在分位，則跳開進(jìn)線開關(guān)1DL，合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)1-2DL；若上述條件不滿足則檢測5DL進(jìn)線是否有壓，若有壓則跳開進(jìn)線開關(guān)1DL，合上施工電源進(jìn)線開關(guān)5DL。

2 備自投的閉鎖條件

根據(jù)GB/T 14285-2006《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》中5.3.3.4條規(guī)定“當(dāng)廠用母線速動保護(hù)、工作電源分支保護(hù)或工作電源由手動或分散控制系統(tǒng)（DCS）跳閘時(shí)，應(yīng)閉鎖備用電源自動投入”。廠用母線保護(hù)主要有母線弧光保護(hù)和廠變過流保護(hù)，應(yīng)接其動作接點(diǎn)于備自投閉鎖回路上，避免備自投動作合閘于故障母線，導(dǎo)致事故擴(kuò)大。但廠變過流保護(hù)通常配置在發(fā)變組保護(hù)中，其安裝位置離備自投較遠(yuǎn)，需做好長距離傳輸?shù)姆栏蓴_措施。由于備自投裝置中會采集廠用電進(jìn)線電流，故也可考慮在備自投裝置中設(shè)置進(jìn)線過流保護(hù)，定值與廠變過流定值相同，動作于閉鎖備自投，這樣就不需要接入廠變過流保護(hù)動作接點(diǎn)。

為防止人為操作開關(guān)導(dǎo)致備自投誤動，開關(guān)手動或遠(yuǎn)方分閘也需要閉鎖備自投，可采用手跳繼電器STJ實(shí)現(xiàn)，手動或遠(yuǎn)方操作開關(guān)時(shí)，STJ線圈得電，常開接點(diǎn)閉合閉鎖備自投功能。若現(xiàn)場開關(guān)控制回路中無STJ繼電器，則需要添加手跳繼電器，將其線圈接于開關(guān)手動及遠(yuǎn)方分閘回路中（圖3）。

3 備自投的檢修

3.1 定值校驗(yàn)

備自投定值通過充放電邏輯或者動作邏輯校驗(yàn)，備自投裝置中常見的定值有有壓、無壓、有流、無流整定值及充電和動作時(shí)間等。

以校驗(yàn)有壓定值Uyy和無壓定值Uwy為例，備自投充電條件要求母線有壓，因此可用充電條件校驗(yàn)有壓定值；備自投動作條件要求故障母線無壓，因此可用動作條件校驗(yàn)無壓定值。具體操作為備自投裝置正常運(yùn)行，投入功能壓板、控制字，退出所有出口壓板，短接各開關(guān)位置接點(diǎn)開入量滿足工作母線正常運(yùn)行方式，無閉鎖備自投開入，備用母線三相有壓。在此條件下給工作母線電壓通道加入0.95Uyy電壓，備自投應(yīng)不充電，加入1.05Uyy電壓，經(jīng)延時(shí)備自投應(yīng)正常充電；備自投充電后，給工作母線電壓通道加入1.05Uwy電壓，備自投應(yīng)不動作，加入0.95Uwy，經(jīng)延時(shí)備自投應(yīng)動作。

其他定值校驗(yàn)與此類似。

圖3 開關(guān)控制回路（增加手跳繼電器）

3.2 邏輯校驗(yàn)

備自投邏輯校驗(yàn)由于要實(shí)現(xiàn)模擬量和多組開關(guān)量的變化，因此需使用專用的試驗(yàn)儀器，目前我廠采用的北京博電新力電氣股份有限公司生產(chǎn)的PMU-B型備用電源自投入裝置測試儀就能很好的滿足校驗(yàn)要求。

備自投裝置正常運(yùn)行，投入功能壓板、控制字，退出所有出口壓板，將模擬量和需要有開關(guān)位置變化的開入接點(diǎn)（主要是工作母線進(jìn)線開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)位置）接于保護(hù)測試儀上，加入模擬量并調(diào)整開關(guān)位置開入，使備自投充電，將工作母線電壓降為0，則備自投裝置上備自投動作、跳閘指示燈點(diǎn)亮，此時(shí)調(diào)整工作母線進(jìn)線開關(guān)位置，使其變?yōu)榉治?，則備自投檢測到進(jìn)線開關(guān)跳開后合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)，備自投裝置上合閘指示燈點(diǎn)亮。

3.3 整組試驗(yàn)

備自投檢修后需進(jìn)行整組試驗(yàn)檢驗(yàn)備自投邏輯及出口回路的正確性，為防止備自投邏輯錯(cuò)誤或出口回路異常導(dǎo)致母線合環(huán)運(yùn)行，建議將整組試驗(yàn)分成兩步進(jìn)行：

（1）試驗(yàn)位置的整組試驗(yàn)。母線停運(yùn)，將進(jìn)線及聯(lián)絡(luò)開關(guān)拉至試驗(yàn)位置，用繼電保護(hù)測試儀加入母線電壓量，根據(jù)備自投動作條件模擬母線停電，備自投動作分合開關(guān)。

（2）工作位置的整組試驗(yàn)。當(dāng)試驗(yàn)位置的整組試驗(yàn)正常時(shí)，說明備自投邏輯及出口回路均正確，此時(shí)再進(jìn)行母線正常運(yùn)行時(shí)的備自投試驗(yàn)，進(jìn)一步檢驗(yàn)備自投各模擬量、開關(guān)量開入回路及出口回路的正確性和備自投動作對母線上其他保護(hù)的影響。

3.4 與其他保護(hù)的配合

廠用電系統(tǒng)中往往還配置有弧光保護(hù)、消諧裝置、小電流接地選線裝置、廠變過流、速斷保護(hù)等，廠用電進(jìn)線電流也會接入故障錄波器，備自投動作分合開關(guān)時(shí)會不會對這些保護(hù)裝置產(chǎn)生影響呢？這需要通過廠用電帶負(fù)荷的備自投邏輯試驗(yàn)來驗(yàn)證，即在檢修工作完成后，備自投裝置恢復(fù)運(yùn)行，投入所有功能壓板和出口壓板，將檢修段廠用電恢復(fù)正常運(yùn)行方式并帶上額定負(fù)荷，通過拉開檢修段廠用電母線電壓互感器二次開關(guān)來模擬母線失電使備自投動作分合相應(yīng)開關(guān)，備自投動作分合開關(guān)后查看其他保護(hù)裝置是否有啟動或動作事件發(fā)生。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際試驗(yàn)情況，備自投動作分合開關(guān)后有時(shí)會造成廠用電母線弧光保護(hù)動作和故障錄波裝置啟動，分析動作原因可能為廠用電系統(tǒng)往往是不接地系統(tǒng)，備自投動作斷開故障電源后，母線仍保留有部分殘壓，備自投再快速合上備用電源，若備用電源電壓與母線殘壓矢量差較大時(shí)合閘，將導(dǎo)致備用電源進(jìn)線開關(guān)瞬間產(chǎn)生較大的沖擊電流，引起弧光保護(hù)過電流動作和啟動故障錄波裝置。

4. 結(jié)論

水力發(fā)電廠普遍采用“無人值班、少人值守”的管理模式，而備自投正是實(shí)現(xiàn)這一管理模式的重要保障，因此需要根據(jù)其運(yùn)行情況不斷總結(jié)，根據(jù)其出現(xiàn)的問題不斷完善，保證備自投裝置安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，提出以下幾點(diǎn)建議：

（1）現(xiàn)在有兩段母線共用一個(gè)備自投裝置的方式，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)來看，這種方式需要接入大量的開關(guān)量、模擬量，導(dǎo)致備自投接線復(fù)雜；雖然這種方式兩段母線備自投的功能相對獨(dú)立，但是其接線存在并接的情況，導(dǎo)致備自投檢修需要將兩段母線均停電，不滿足現(xiàn)場要求。因此建議備自投設(shè)計(jì)時(shí)采用每段母線均配置一套備自投的方式。

（2）備自投邏輯中采用了母線電壓判斷條件，但是目前備自投功能中并沒有設(shè)置相應(yīng)的閉鎖功能，為防止母線電壓互感器二次開關(guān)跳閘導(dǎo)致備自投誤動，建議在備自投閉鎖開入中增加母線電壓互感器二次開關(guān)輔助常閉接點(diǎn)，當(dāng)開關(guān)跳開時(shí)，輔助接點(diǎn)閉合閉鎖備自投功能。

（3）備自投動作后由一個(gè)開關(guān)帶兩段母線聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮開關(guān)的帶負(fù)荷能力，核算極端情況下（如兩段母線上的水泵等大負(fù)荷同時(shí)啟動）是否會造成保護(hù)動作導(dǎo)致兩段母線同時(shí)失電。

（4）日常運(yùn)行維護(hù)過程加強(qiáng)對備自投裝置采樣數(shù)據(jù)、開關(guān)量的檢查，核查是否與實(shí)際情況一致，還需要特別注意對充電情況的檢查，正常充電時(shí)充電指示燈應(yīng)點(diǎn)亮，若滿足充電條件而充電指示燈未點(diǎn)亮應(yīng)從開關(guān)位置是否正確、模擬量采集是否正確、是否有閉鎖備自投信號異常開入、裝置本身是否故障等方面排查處理，避免裝置帶病運(yùn)行。