橋鞏水電站黑啟動電源設計

朱鴻儒

（中國能源建設集團廣西電力設計研究院有限公司，南寧 530007）

1 電站概述

橋鞏水電站是紅水河十個梯級水電站中的第九個梯級，上游距樂灘水電站75 km，下游距大藤峽水利樞紐175 km，電站離來賓市遷江鎮(zhèn)約1 km。

電站左岸廠房共設8 臺燈泡貫流機，單機容量57 MW，主接線為：發(fā)電機電壓接線采取兩機一變擴大單元接線，共4個擴大單元；右岸廠房設1臺燈泡貫流機，單機容量24 MW。電站以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為主，配置簡易的常規(guī)控制設備，運行方式為“無人值班”（少人值守）。

2 增設黑啟動電源的必要性

根據(jù)運行記錄，橋鞏水電站全部機組投產(chǎn)以來，出現(xiàn)過2次全部機組停運的情況。

若在全站機組停機期間，有電網(wǎng)大事故導致全網(wǎng)性失電的極端情況，會面臨電站廠用電全部消失的風險，此時溢流壩閘門啟閉機、廠房滲漏排水等重要負荷供電中斷，從而造成水漫溢流壩閘門、水浸廠房的嚴重事故。如果增設柴油機黑啟動電源，一方面可以供給本電站必要的廠用電；另一方面局域網(wǎng)失電時，可通過橋鞏水電站安全、快速啟動1～2臺水輪機組，恢復區(qū)域電網(wǎng)供電，最終恢復整個供電系統(tǒng)。因此，黑啟動電源對于電站自身安全、對于工程區(qū)域電網(wǎng)的可靠運行，具有十分重要的意義。

3 柴油發(fā)電機組配置方案

3.1 用電負荷統(tǒng)計分析

根據(jù)電站的運行要求，新增柴油機的容量要求在滿足泄水閘單孔閘門啟閉、廠房滲漏排水、必要的全廠用公用負荷及直流系統(tǒng)負荷等重要負荷同時工作的情況下，還能滿足1～2臺機組自用電負荷要求，能夠同時啟動1～2臺機組。

3.2 柴油發(fā)電機容量選擇

本工程在滿足重要負荷同時工作的情況下，同時啟動1臺機組時，總用電負荷達到1 473.2 kW，同時啟動2臺機組時，總用電負荷達到1 683.3 kW，同時啟動3臺機組時，總用電負荷達到1 998.45 kW。建議采用容量為1500、1700或2000 kW的柴油發(fā)電機。

由于本工程用電負荷分部廣、容量大，新增的柴油機組需接入高壓廠用電系統(tǒng)才能保障目前黑啟動工況下所有用電負荷的需求，因此采用機端電壓為10.5 kV的柴油發(fā)電機。

3.3 方案比選

根據(jù)上述情況，本工程新增柴油發(fā)電機組初步擬定以下兩個方案進行技術經(jīng)濟比較。方案一：新增1 臺1800 kW，10.5 kV 柴油發(fā)電機組；方案二：新增2臺1000 kW，10.5 kV柴油發(fā)電機組。

3.3.1 技術比較

（1）方案一：①單臺柴油發(fā)電機組，接線方式簡單；②控制及監(jiān)控保護系統(tǒng)均只需配置單套，復雜程度較低；③啟動程序簡捷，反應迅速；④新增設備較少，利于后期運行維護；⑤單臺柴油發(fā)電機組如發(fā)生故障，黑啟動無法進行。

（2）方案二：①兩臺柴油發(fā)電機組，接線方式較復雜；②控制及監(jiān)控保護系統(tǒng)需配置兩臺套，復雜程度較高；③涉及雙機同期并列問題，啟動程序較復雜，啟動速度較慢；④新增設備較多，后期運行維護工作量較大；⑤兩臺柴油發(fā)電機組，其中1臺故障時，另1臺能繼續(xù)帶部分負荷啟動。

3.3.2 方案選擇

由上可知，雖然單臺1800 kW 柴油發(fā)電機組要遠高于1000 kW，但因方案二需要配套兩臺機組，使得機組整體投資及土建投資均高于方案一，經(jīng)濟可行性差。

從機組運行特性考慮，方案二較方案一多1 臺柴油發(fā)電機組，雖然在設備配置上可靠性略高，但同時也存在兩臺柴油發(fā)電機組同期并列的問題，柴油發(fā)電機組的啟動程序要復雜、啟動速度慢，不利于黑啟動的快速響應。而且方案二設備較多，后期運行維護工作量也較大。因此采用方案一，即增加1臺1800 kW、10.5 kV柴油發(fā)電機組。

3.4 柴油發(fā)電機布置及接入方案

由于本工程新增柴油發(fā)電機容量較大，電站原地方電網(wǎng)外來的35 kV 備用電源現(xiàn)已經(jīng)停運，新增的柴油發(fā)電機可以替換接入10.5 kV 廠用I 段及IV段母線，接線方案見圖1。

圖1 橋鞏水電站新增柴油發(fā)電機組黑啟動電源接線示意圖

4 柴油發(fā)電機組的控制與保護

4.1 自動控制系統(tǒng)

本工程新安裝10.5 kV 柴油發(fā)電機組1 臺接入施工變電站現(xiàn)有10.5 kV 母線，作為電站黑啟動及應急電源。電站正常運行時，廠用10.5 kV I 段或10.5 kV IV 段送電至施工變10.5 kV母線，作為站用電及近區(qū)負荷備用電源。施工變電站內(nèi)的柴油機組、10.5 kV配電設備及直流電源設備等附屬設施接受水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的全面監(jiān)控，執(zhí)行電站黑啟動廠用電恢復流程。

施工變電站目前采用的綜合自動化系統(tǒng)實現(xiàn)保護、控制、通信、測量、信號等功能，繼續(xù)保留利用，10.5 kV配電設備采用現(xiàn)柜內(nèi)保護測控裝置進行保護測控，新建的柴油機組由現(xiàn)站內(nèi)綜合測控單元進行送出信號采集及啟停控制，其保護裝置接入現(xiàn)綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡。另在施工變電站綜合自動化系統(tǒng)站控層增設1臺通信工作站，通過光纖接入橋鞏水電站廠用電LCU B柜串口服務器，實現(xiàn)橋鞏水電站對施工變電站相關數(shù)據(jù)采集及操作命令傳送。

柴油機組配套機組控制保護柜，完成采油機機組狀態(tài)檢測及啟/?？刂疲êh程控制）、電壓/頻率調(diào)節(jié)、并網(wǎng)控制等功能。

4.2 繼電保護及自動裝置

新裝設的柴油發(fā)電機組配置1套微機型發(fā)電機保護裝置，安裝在配套提供的機組控制保護柜內(nèi)，保護功能包括：發(fā)電機縱向差動保護、發(fā)電機定子單相接地保護、發(fā)電機帶電流記憶的復合電壓啟動過流保護、發(fā)電機定子繞組過電壓保護、發(fā)電機定子繞組過負荷保護、發(fā)電機頻率保護等。

5 結語

新增柴油發(fā)電機進一步提高橋鞏水電站保安電源的可靠性，加強橋鞏水電站的黑啟動能力，確保了橋鞏水電站的供電安全。目前新增柴油機組已穩(wěn)定運行1年，為本工程完美畫上句號。