提高蓄能電站10 kV廠用電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性

金清山，黃 嘉，李國賓

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300）

1 引言

張河灣電站位于河北省石家莊市井陘縣境內(nèi)，距石家莊市直線距離為53 km，公路里程為77 km。電站設(shè)計(jì)安裝4臺25萬kW單級混流可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量100萬kW，以一回500 kV線路接入河北南部電網(wǎng)，主要承擔(dān)系統(tǒng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相等任務(wù)，并且在電網(wǎng)故障甚至瓦解時，可以充當(dāng)電網(wǎng)最佳的緊急事故備用和“黑啟動”電源。

張河灣電站10 kV廠用電系統(tǒng)共配置4臺高壓廠用變壓器，均為單相干式變，接線組別Yd11，中性點(diǎn)采用不接地方式。廠用電系統(tǒng)常用電源由4臺廠用變壓器低壓側(cè)提供，備用電源為廠外35 kV變電站，保安電源為柴油發(fā)電機(jī)；地下廠房10 kV開關(guān)柜共分三段，其中第一段和第三段均為兩路電源進(jìn)線，來自廠變低壓側(cè)。第二段母線電源來自廠外35 kV變電站10 kV電源。

2 研究背景

張河灣電站10 kV廠用電系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)靈敏且有選擇性的接地保護(hù)，可能導(dǎo)致單相接地故障擴(kuò)大為事故，雖然配置了小電流接地選線裝置，但事故發(fā)生時仍存在選線困難、只是報警不跳閘問題。其次，10 kV廠用電保護(hù)系統(tǒng)裝置已持續(xù)運(yùn)行12年，存在設(shè)備老化情況，安全性及可靠性均有所下降，存在誤動或者拒動的風(fēng)險，可能會造成事故擴(kuò)大。

張河灣電站廠用電系統(tǒng)典型故障舉例：

（1）由于老鼠進(jìn)入盤柜，將高壓側(cè)與盤柜跨接，形成接地，并將電壓互感器燒損如圖1所示，但由于接地電流比較小，保護(hù)無法啟動，故無法自動將故障切除。

圖1 電壓互感器燒損

（2）由于電纜接頭絕緣破損如圖2，導(dǎo)致電纜對外殼放電，但由于過流保護(hù)動作切除故障，保護(hù)無法準(zhǔn)確選擇故障支路，造成越級跳閘，擴(kuò)大了故障范圍。

圖2 電纜接頭絕緣破損

如表1數(shù)據(jù)，張河灣電站10 kV廠用電保護(hù)系統(tǒng)不正確動作次數(shù)平均每年2.33次，廠用電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性不高，因此，將提高蓄能電站廠用電可靠性作為本次研究課題。

表1 2017～2019年廠用電保護(hù)裝置不正確動作統(tǒng)計(jì)

3 原因分析

張河灣電站10 kV廠用電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性不高主要因素分析。

（1）廠用電系統(tǒng)保護(hù)裝置可靠性不高

1）保護(hù)裝置為全英文界面，且為英文字母縮寫，除保護(hù)專業(yè)人員外，其他巡檢人員不易理解保護(hù)裝置信息；

2）保護(hù)裝置已持續(xù)運(yùn)行12年，已達(dá)到保護(hù)裝置更換年限；

3）保護(hù)種類配置不全，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)（結(jié)合電站發(fā)生的故障），曾因缺少零序過流保護(hù)發(fā)生保護(hù)誤動及拒動現(xiàn)象，存在隱患。

（2）廠用電系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)

10 kV廠用電系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，無法構(gòu)成零序回路，各饋線開關(guān)柜雖然在設(shè)計(jì)時配置了零序電流互感器，但并未引入保護(hù)裝置，無法實(shí)現(xiàn)故障時準(zhǔn)確選線，發(fā)生接地故障時可能會越級跳閘，擴(kuò)大事故范圍。

4 制定對策

針對造成10 kV廠用電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性不高2個主要原因，通過仔細(xì)研究，制定了詳細(xì)應(yīng)對措施：

（1）將10 kV保護(hù)裝置進(jìn)行升級改造

1）完善10 kV保護(hù)配置，增設(shè)零序過流保護(hù)；

2）保護(hù)裝置界面漢化，方便巡檢人員查看信息。

（2）將廠用電系統(tǒng)改為經(jīng)接地變壓器接地方式

1）在1～4號廠變低壓側(cè)與進(jìn)線開關(guān)間分別裝設(shè)4臺接地變壓器；

2）將各饋線開關(guān)柜零序電流互感器二次側(cè)接入保護(hù)裝置。

5 對策實(shí)施

5.1 10 kV廠用電保護(hù)裝置升級改造

將保護(hù)裝置原廠升級，升級為當(dāng)前市場最新型號的產(chǎn)品，主要原因如下：

（1）若保護(hù)裝置型號接線發(fā)生改變，現(xiàn)有的信號電纜將無法直接接入裝置，需重新設(shè)計(jì)及更換電纜，大大增加保護(hù)裝置升級改造成本及工作量。

（2）目前，張河灣公司10 kV廠用電盤柜面板布置緊湊，若保護(hù)裝置尺寸發(fā)生變化，則需重新定制盤柜面板，重新設(shè)計(jì)各儀器儀表的分布位置，部分表計(jì)所用的電纜也需要進(jìn)行更換，將會增加保護(hù)裝置改造工作量。

（3）張河灣公司10 kV廠用盤柜內(nèi)部自動化元器件布置緊湊，若保護(hù)裝置深度發(fā)生變化，則需充分考慮對現(xiàn)有的自動化元器件的影響，部分自動化元器件需重新選擇安裝位置，將會增加改造工作難度及工作量。

本著節(jié)省改造成本，減少保護(hù)裝置升級改造難度及工作量的原則，采用保護(hù)裝置原廠升級，將保護(hù)系統(tǒng)升級為當(dāng)前市場最新型號。

5.2 10 kV廠用電系統(tǒng)接地方式改造及保護(hù)配置方案選擇

（1）接地變及接地電阻柜位置的選擇

1）將接地變及接地電阻柜直接接在廠變低壓側(cè)，1～4號接地變及接地電阻柜分別放置于1～4號母線洞；

2）將接地變及接地電阻柜接在10 kV進(jìn)線開關(guān)柜進(jìn)線側(cè)，1～4號接地變分別放置于1、2號10 kV開關(guān)室。

1方案保護(hù)范圍更大，可以將廠變低壓側(cè)端子至10 kV進(jìn)線開關(guān)柜之間的電纜納入保護(hù)范圍，但1～4號母線洞空間狹窄，不具備放置的條件；2方案保護(hù)范圍雖然較小，但10 kV開關(guān)室空間相對寬敞。經(jīng)過比較，最終選擇2方案。

（2）接地變及接地電阻柜保護(hù)配置的選擇

1）在接地變及接地電阻柜柜內(nèi)配置一套保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)設(shè)備本體保護(hù)，保護(hù)裝置動作后跳廠變高壓側(cè)開關(guān)和低壓側(cè)開關(guān)。

2）在接地變與進(jìn)線開關(guān)之間增設(shè)一臺接地變開關(guān)柜，并在本開關(guān)柜上配置保護(hù)裝置，保護(hù)動作后果：跳開接地變開關(guān)。

3）利用現(xiàn)有的保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)接地變及接地電阻柜的保護(hù)，利用進(jìn)線開關(guān)柜保護(hù)裝置配置零序過流保護(hù)，動作后跳廠變高壓側(cè)和低壓側(cè)開關(guān)，利用廠變差動保護(hù)裝置配置接地變及接地電阻柜本體過流保護(hù)。

1方案實(shí)施簡單，保護(hù)配置獨(dú)立，但無法滿足保護(hù)裝置抗干擾的要求；2方案實(shí)施效果較好，但成本會大大增高，且每臺接地變及接地電阻柜均需要配置一臺開關(guān)柜，對空間要求更高，對新建設(shè)電廠應(yīng)用效果較好，改造項(xiàng)目則需要充分考慮實(shí)際情況，我廠空間有限，不適用；3方案實(shí)施簡單，經(jīng)濟(jì)適用，改動最少，故我廠選擇3方案。

5.3 10 kV廠用電系統(tǒng)接地方式改造實(shí)施

（1）接地方式改變后廠用系統(tǒng)接線圖（如圖3）。

圖3 接地變及電阻柜接線圖

（2）接地變及接地電阻柜安放位置（如圖4）。

圖4 盤柜安裝位置

根據(jù)10 kV開關(guān)室的開關(guān)柜分布情況，10 kV開關(guān)室1對稱放置兩臺接地變接地電阻柜，10 kV開關(guān)室2并排放置兩臺接地變及接地電阻柜。

（3）接地變及接地電阻柜保護(hù)的配置（如圖5）。

將零序電流引入進(jìn)線開關(guān)保護(hù)裝置，利用進(jìn)線開關(guān)柜保護(hù)裝置P127配置零序過流保護(hù)；將三相電流依線號標(biāo)注接入廠變差動保護(hù)裝置，利用廠變差動保護(hù)裝置7UT613配置定時限過電流保護(hù)。

圖5 保護(hù)配置圖

6 結(jié)論

10 kV廠用電系統(tǒng)保護(hù)裝置電流電壓信號采集正確，改造后未發(fā)生誤動及拒動情況，接地變及接地電阻柜運(yùn)行平穩(wěn)，溫度信號正常，電磁閉鎖裝置正常，無論從原理、結(jié)構(gòu)還是實(shí)際運(yùn)行效果看均優(yōu)于改造前，大大提高了10 kV廠用電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，達(dá)到了預(yù)期效果。