500kV亭子口水電站不全停擴(kuò)建工程二次系統(tǒng)試驗(yàn)方案

李泳龍 方 圓 汪鳳月 熊中浩 趙國(guó)亞

（1. 大唐水電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，成都 610073；2. 嘉陵江亭子口水利水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 廣元 628400）

0 引言

水電站并網(wǎng)發(fā)電后長(zhǎng)期進(jìn)相運(yùn)行會(huì)對(duì)水輪機(jī)組造成一定的損害。頻繁低負(fù)荷進(jìn)相運(yùn)行，水輪機(jī)組振動(dòng)大，容易造成水輪機(jī)過(guò)流部件的氣蝕，轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生裂紋，不利于水輪機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。為了避免水電站頻繁進(jìn)相運(yùn)行來(lái)平衡線路充電功率，可以在水電站加裝高壓電抗器。

并聯(lián)電抗器能削弱空載或輕載時(shí)長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)所引起的工頻電壓升高，有效補(bǔ)償線路充電功率，避免低谷時(shí)段過(guò)多容性無(wú)功流向變電站側(cè)，有利于電網(wǎng)調(diào)壓。由于亭子口水電站早期取消了高壓電抗器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，而在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，電網(wǎng)又要求亭子口公司水輪發(fā)電機(jī)組頻繁低負(fù)荷進(jìn)相運(yùn)行來(lái)平衡線路充電功率[1]。為此，亭子口電站需增設(shè)母線高壓電抗器。

出于經(jīng)濟(jì)效益及確保區(qū)域電網(wǎng)電源可靠性的因素考慮，水電站往往采用不全停的方式進(jìn)行擴(kuò)建，而此方式下的試驗(yàn)安全風(fēng)險(xiǎn)大，技術(shù)復(fù)雜，需要對(duì)二次系統(tǒng)保護(hù)配置的情況進(jìn)行全面考慮，對(duì)繼電保護(hù)試驗(yàn)人員要求極高，稍有疏忽就容易引起在運(yùn)設(shè)備的誤動(dòng)[2-3]。因此，研究出一套安全可控的不全停方式下的擴(kuò)建試驗(yàn)方案尤為迫切。本文以亭子口水電站為例，介紹水電站在擴(kuò)建工程試驗(yàn)方案中，繼電保護(hù)二次系統(tǒng)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題，提出因保護(hù)配置變化而需要拆除的回路連線，以及二次安全措施布置等調(diào)試工法，以期能切實(shí)指導(dǎo)各水電站圓滿完成擴(kuò)建。

1 擴(kuò)建的方式

亭子口電站總裝機(jī)容量為1 100MW，4臺(tái)機(jī)組，發(fā)變組采用單元接線方式，兩臺(tái)機(jī)組并接入500kV側(cè)，500kV出線一回，升壓站500kV形成三角形接線[4]。此次擴(kuò)建是在預(yù)留擴(kuò)建段增加一組斷路器，高壓側(cè)由三角形接線變?yōu)樗慕切谓泳€，母線上電抗器出線與并聯(lián)高壓電抗器油氣套管連接。新增間隔劃分示意圖如圖1所示（點(diǎn)劃線部分為新增設(shè)備）。

圖1 新增間隔劃分示意圖

亭子口電站主接線存在“T區(qū)接線”形式，即線路/主變進(jìn)出線的電壓互感器（potential transformer, PT）接于兩組斷路器之間的情況，如圖2所示。這種接線方式下，必須配置T區(qū)保護(hù)裝置，保護(hù)配置的配合較為復(fù)雜[5]。新增電抗器及斷路器時(shí)應(yīng)充分考慮改造期間兩臺(tái)機(jī)組保持發(fā)電的安全性和經(jīng)濟(jì)性，并在保證試驗(yàn)安全的前提下進(jìn)行安措布置。

圖2 存在T區(qū)接線的電氣主接線示意圖

2 擴(kuò)建實(shí)施方案

2.1 停電操作及帶電范圍

此次擴(kuò)建計(jì)劃將1、2號(hào)發(fā)變組停電，3、4號(hào)機(jī)組繼續(xù)發(fā)電并通過(guò)5002斷路器向電網(wǎng)供電，原三角形電氣接線中的5001、5003斷路器（5004斷路器左右兩側(cè)）及1、2號(hào)機(jī)組，1、2號(hào)變壓器配合停電?；诖朔治觯ｋ姴僮黜樞?yàn)椋孩贁嚅_(kāi)5003斷路器；②斷開(kāi)5001斷路器；③斷開(kāi)2號(hào)主變高壓側(cè)刀開(kāi)關(guān)；④斷開(kāi)1號(hào)主變高壓側(cè)刀開(kāi)關(guān)；⑤斷開(kāi)5001斷路器T區(qū)側(cè)刀開(kāi)關(guān)；⑥斷開(kāi)5001斷路器線路側(cè)刀開(kāi)關(guān)；⑦斷開(kāi)5003斷路器3、4號(hào)主變側(cè)刀開(kāi)關(guān)；⑧斷開(kāi)5003斷路器1、2號(hào)主變側(cè)Ⅰ刀開(kāi)關(guān)；⑨斷開(kāi)5003斷路器1、2號(hào)主變側(cè)Ⅱ刀開(kāi)關(guān)；⑩合上5001斷路器線路側(cè)接地開(kāi)關(guān)； ?合上1號(hào)主變高壓側(cè)T區(qū)側(cè)接地開(kāi)關(guān)；?合上2號(hào)主變高壓側(cè)T區(qū)側(cè)接地開(kāi)關(guān)；?合上5003斷路器3、4號(hào)主變側(cè)接地開(kāi)關(guān)。按此順序進(jìn)行斷電操作，可有效實(shí)現(xiàn)計(jì)劃停電部分的斷電，將其在一次設(shè)備上與帶電設(shè)備部分完全隔離。

停電操作結(jié)束后，5001、5002、5003斷路器不帶電，1、2號(hào)機(jī)組停電。剩余站內(nèi)的帶電部分為：3、4號(hào)機(jī)組繼續(xù)發(fā)電，經(jīng)由5002斷路器到線路間隔，以此方式向?qū)?cè)線路輸送電能。帶電區(qū)域如圖3所示（顏色較淺部分為帶電設(shè)備）。

圖3 帶電區(qū)域示意圖

2.2 保護(hù)配置分析

未新增電抗器、斷路器間隔前亭子口全站主要保護(hù)配置包括：①發(fā)電機(jī)保護(hù)，4臺(tái)機(jī)組每臺(tái)分別配置；②主變保護(hù)和主變非電量保護(hù)，4臺(tái)主變每臺(tái)分別配置；③T區(qū)保護(hù)，1、2號(hào)主變與5001、5003斷路器之間配置一套，3、4號(hào)主變與5002、5003斷路器之間配置一套；④斷路器保護(hù)，5001、5002、5003斷路器分別配置；⑤短引線保護(hù)，5001、5002斷路器與線路之間配置。

擴(kuò)建后全站保護(hù)配置發(fā)生了變化，原保護(hù)配置之間的聯(lián)系也相應(yīng)有所改變，具體變化見(jiàn)表1。

表1 擴(kuò)建后原保護(hù)配置變化情況

此次新增5004斷路器和電抗器后，新增的保護(hù)配置包括5004斷路器保護(hù)、電抗器保護(hù)、高壓電抗器非電量保護(hù)、5003、5004斷路器和電抗器之間增加T區(qū)保護(hù)。新增后的保護(hù)配置與其相關(guān)聯(lián)的間隔見(jiàn)表2。

表2 擴(kuò)建新增保護(hù)配置與其關(guān)聯(lián)間隔

2.3 二次系統(tǒng)試驗(yàn)流程

由以上分析可以看出，擴(kuò)建后保護(hù)裝置之間的回路連線存在很多改動(dòng)，調(diào)試單位需根據(jù)擴(kuò)建后的設(shè)計(jì)重新檢查回路，對(duì)相關(guān)聯(lián)的保護(hù)需要重新調(diào)試，試驗(yàn)內(nèi)容及流程包括：①拆除新增間隔后不用的電纜連線；②二次安措布置，斷開(kāi)停電需試驗(yàn)的設(shè)備與運(yùn)行設(shè)備之間的回路連線；③二次回路檢查；④保護(hù)裝置單體試驗(yàn)；⑤分系統(tǒng)試驗(yàn)；⑥二次通流試驗(yàn)；⑦恢復(fù)安措，電流電壓回路檢查；⑧投運(yùn)及帶負(fù)荷測(cè)試。

二次系統(tǒng)試驗(yàn)流程如圖4所示。停電后，新增的保護(hù)裝置應(yīng)按照二次系統(tǒng)試驗(yàn)流程逐一進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)生變化的保護(hù)裝置應(yīng)著重檢查回路間的變化關(guān)系，其中拆除擴(kuò)建后原保護(hù)配置不再使用的電纜連線及二次安全措施的布置最為復(fù)雜，直接關(guān)系到整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)試驗(yàn)過(guò)程的安全性及正確性，是試驗(yàn)方案的研究重點(diǎn)。

2.4 回路電纜的拆除

回路電纜的拆除意味著該段回路不再使用，在保護(hù)配置發(fā)生變化的情況下，若不拆除這些不再使用的回路，則會(huì)引起擴(kuò)建后保護(hù)裝置的誤動(dòng)，造成不必要的損失。

圖4 二次系統(tǒng)試驗(yàn)流程

在5001斷路器、5003斷路器之間，新增5004斷路器和電抗器后，發(fā)生變化的回路連線眾多，其中不再使用的二次回路用途具體表現(xiàn)在：①1、2號(hào)主變T區(qū)保護(hù)采5003斷路器電流；②1、2號(hào)主變T區(qū)保護(hù)跳5003斷路器出口；③5003斷路器失靈聯(lián)跳1號(hào)發(fā)變組；④5003斷路器失靈聯(lián)跳2號(hào)發(fā)變組；⑤1、2號(hào)主變保護(hù)跳5003斷路器出口；⑥1、2號(hào)主變非電量保護(hù)跳5003斷路器出口。

5003斷路器作為原接線方式中高壓側(cè)T區(qū)聯(lián)絡(luò)斷路器，在三角形接線中與四臺(tái)機(jī)組全部產(chǎn)生了聯(lián)系，所以與其相關(guān)聯(lián)的變化回路最多，需拆除的連線主要集中在5003斷路器相關(guān)回路。擴(kuò)建后需拆除回路如圖5所示，“”表示需拆除的連線。擴(kuò)建后不再使用的關(guān)聯(lián)回路見(jiàn)表3。

圖5 擴(kuò)建后需拆除回路示意圖

表3 擴(kuò)建后不再使用的關(guān)聯(lián)回路

2.5 二次安全措施的實(shí)施

新增5004斷路器和電抗器后，除了需要將以上提到的回路連線拆除外，在試驗(yàn)進(jìn)行前，還需要進(jìn)行二次安措布置，斷開(kāi)需停電設(shè)備與運(yùn)行設(shè)備之間的二次回路連線，確保試驗(yàn)不影響帶電設(shè)備的正常運(yùn)行。需要斷開(kāi)的回路連線具體包括：①5001斷路器保護(hù)啟線路保護(hù)遠(yuǎn)跳；②5001斷路器保護(hù)失靈跳5002斷路器；③短引線保護(hù)跳5002斷路器；④5003斷路器保護(hù)失靈跳5002斷路器；⑤5003斷路器保護(hù)跳3號(hào)發(fā)電機(jī)出口斷路器；⑥5003斷路器保護(hù)跳4號(hào)發(fā)電機(jī)出口斷路器；⑦高壓電抗器保護(hù)采線路電壓；⑧高壓電抗器保護(hù)采5004斷路器、5003斷路器電流；⑨高壓電抗器T區(qū)保護(hù)采高壓電抗器本體、5004斷路器、5003斷路器電流；⑩高壓電抗器保護(hù)采高壓電抗器首端、尾端電流。

其中第①～⑥條，一旦因沒(méi)有斷開(kāi)而誤發(fā)信號(hào)，會(huì)直接引起帶電設(shè)備動(dòng)作，有嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。第⑦條如未斷開(kāi)，高壓電抗器保護(hù)會(huì)采集53PT的電壓，一方面會(huì)對(duì)保護(hù)單體試驗(yàn)加量產(chǎn)生影響，另一方面試驗(yàn)過(guò)程也會(huì)影響到53PT的一次電壓。第⑧～⑩條，主要是高壓電抗器T區(qū)保護(hù)的電流采樣，高壓電抗器保護(hù)的電流采樣斷開(kāi)后方能使用繼電保護(hù)測(cè)試儀對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行正確的加量校驗(yàn)。安全措施布置示意圖如圖6所示，“”表示需要斷開(kāi)的連線。二次安措實(shí)施回路見(jiàn)表4。

2.6 投運(yùn)帶負(fù)荷試驗(yàn)

按照要求，新安裝的高壓電抗器投入運(yùn)行前，應(yīng)在額定電壓下做空載全電壓沖擊合閘試驗(yàn)[6]。投運(yùn)前需確保電氣二次電流電壓回路已完成通電檢查，繼電保護(hù)和自動(dòng)化回路已進(jìn)行模擬試驗(yàn)，5004斷路器保護(hù)、高壓電抗器保護(hù)及高壓電抗器T區(qū)、1、2號(hào)主變T區(qū)保護(hù)帶斷路器傳動(dòng)試驗(yàn)已驗(yàn)證了動(dòng)作的正確性，所有的安全措施恢復(fù)到位。

表4 二次安措實(shí)施回路

圖6 安全措施布置示意圖

投運(yùn)步驟說(shuō)明：①先斷開(kāi)5002斷路器；②5001轉(zhuǎn)熱備用，合上5001斷路器，利用5001斷路器對(duì)1、2號(hào)主變沖擊受電，合閘后對(duì)500kV 51PT二次核相正確，在監(jiān)控系統(tǒng)檢查5001斷路器采集到的同期回路電壓數(shù)據(jù)，在5001斷路器保護(hù)裝置，核實(shí)1、2號(hào)主變上來(lái)自51PT的同期電壓值并核相正確；③5002轉(zhuǎn)熱備用，合上5002斷路器，利用5002斷路器對(duì)3、4號(hào)主變沖擊受電，合閘后對(duì)500kV 52PT二次核相正確，在監(jiān)控系統(tǒng)檢查5002斷路器采集到的同期回路電壓數(shù)據(jù)，在5002斷路器保護(hù)裝置，3、4號(hào)主變上核實(shí)來(lái)自51PT的同期電壓值并核相正確；④5003轉(zhuǎn)熱備用，合上5003斷路器，利用5003斷路器對(duì)電抗器進(jìn)行沖擊受電試驗(yàn)，在電抗器沖擊受電過(guò)程中，應(yīng)檢查1、2號(hào)主變保護(hù)裝置的差流，5003斷路器保護(hù)裝置，電抗器T區(qū)保護(hù)裝置電流電壓采樣及差流情況；⑤5004轉(zhuǎn)熱備用，合上5004斷路器，對(duì)站內(nèi)500kV系統(tǒng)合環(huán)運(yùn)行；完畢后應(yīng)檢查電抗器T區(qū)保護(hù)裝置差流正常，電流電壓回路采樣及差流正常，檢查1、2號(hào)主變T區(qū)保護(hù)裝置差流正常，3、4號(hào)主變T區(qū)保護(hù)裝置差流正常，檢查電抗器非電量保護(hù)裝置無(wú)告警信號(hào)，主變保護(hù)裝置差流正常，檢查從51PT、52PT采得的交流電壓和同期電壓的相位和幅值保持一致，檢查亭中線線路保護(hù)裝置數(shù)據(jù)正常，與對(duì)側(cè)數(shù)據(jù)交換正常，顯示負(fù)荷潮流正常。

3 結(jié)論

綜上所述，為了防止水電站擴(kuò)建期間棄水及保障區(qū)域電網(wǎng)的穩(wěn)定性，水電站的站內(nèi)擴(kuò)建工程一般采用不全停的方式，盡可能減少配合停電的間隔。由于一次設(shè)備的調(diào)整導(dǎo)致保護(hù)配置變化及二次回路變更，擴(kuò)建過(guò)程中二次安全措施的布置與恢復(fù)是整個(gè)擴(kuò)建工程的關(guān)鍵，直接影響站內(nèi)帶電設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至影響區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。上述案例中升壓站采用四角形接線方式，其二次系統(tǒng)保護(hù)配置復(fù)雜、二次回路繁多、變更間隔與原二次設(shè)備聯(lián)系多，試驗(yàn)方案必須進(jìn)行全面的考慮與驗(yàn)證。本文基于500kV水電站角形接線氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（GIS）設(shè)計(jì)特點(diǎn)及二次保護(hù)設(shè)備的配置情況進(jìn)行分析，結(jié)合500kV水電站不全停擴(kuò)建改造的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，提出了500kV水電站不全停方式下新增電抗器、斷路器的試驗(yàn)方案。通過(guò)500kV亭子口水電站不全停電方式下的擴(kuò)建，證實(shí)了該方案安全性高、可靠性強(qiáng)，為今后水電站的擴(kuò)建提供了一定的參考。