某水電站機(jī)旁400 V控制系統(tǒng)改造分析

賈同威，余海濤，蒲華東

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司兩河口水力發(fā)電廠，四川 甘孜 627450）

某水電站總裝機(jī)容量為 6×550 MW，每臺(tái)機(jī)組各安裝一套400 V備自投裝置。站內(nèi)機(jī)旁400 V廠用電系統(tǒng)共配置兩段母線和3個(gè)進(jìn)線電源開關(guān)，備自投裝置共有8種動(dòng)作邏輯，具有備用電源自動(dòng)投入和自動(dòng)恢復(fù)功能。備自投原裝置型號為南瑞RCS-9654B，于2004年投運(yùn)，設(shè)備面臨著備品采購困難、運(yùn)行過程中常發(fā)生死機(jī)、裝置面板出現(xiàn)老化等問題。為保障電力安全生產(chǎn)和智能電站發(fā)展需求，自2019年起，某水電站結(jié)合機(jī)旁400 V一次設(shè)備改造，陸續(xù)開展機(jī)旁400 V開關(guān)控制系統(tǒng)及備自投改造工作。

1 改造概況

改造后，備自投型號為南瑞繼保生產(chǎn)的PCS-9651C，其動(dòng)作邏輯和原設(shè)備保持一致，共8種備自投方式，具備傳動(dòng)試驗(yàn)、裝置自檢、事件記錄等功能。正常運(yùn)行方式下，機(jī)旁400V Ⅰ母由自用變1DL供電，特殊方式下由公用變4DL供電，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 機(jī)旁400 V廠用電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

400 V開關(guān)控制系統(tǒng)保持一致，具備開關(guān)現(xiàn)地/遠(yuǎn)方分合、防跳、閉鎖等功能。同時(shí)，為滿足智能電站發(fā)展需求，本次改造增加了400 V開關(guān)測控裝置，能夠?qū)崟r(shí)檢測400 V各開關(guān)電壓、電流及開關(guān)位置等信息，并且具有遙控功能。

2 典型問題及處理思路

2.1 備自投閉鎖回路錯(cuò)誤

進(jìn)行核線工作時(shí)，檢查發(fā)現(xiàn)備自投“現(xiàn)地/遠(yuǎn)方”操作閉鎖回路設(shè)計(jì)有誤，通過操作箱手跳開出及監(jiān)控系統(tǒng)硬接點(diǎn)強(qiáng)制閉鎖，未正確使用合后位置繼電器（KKJ）進(jìn)行閉鎖，閉鎖回路如圖2所示。

圖2 改進(jìn)前備自投閉鎖原理圖

合后位置繼電器（KKJ）為雙位置繼電器。當(dāng)斷路器手動(dòng)或遠(yuǎn)方合閘時(shí)，KKJ動(dòng)作并且保持；當(dāng)斷路器手動(dòng)或遠(yuǎn)方跳閘時(shí)，KKJ將返回；當(dāng)由于保護(hù)動(dòng)作跳開斷路器時(shí)，KKJ不返回。KKJ的常開接點(diǎn)和TWJ常開接點(diǎn)一起用來作為啟動(dòng)重合閘的條件，即不一致啟動(dòng)重合閘。斷路器在合位的正常狀態(tài)時(shí)，KKJ為1，TWJ為0；當(dāng)保護(hù)動(dòng)作或開關(guān)偷跳時(shí)，KKJ為1，TWJ也為1，此時(shí)保護(hù)裝置啟動(dòng)重合閘。

根據(jù)KKJ和TWJ配合啟動(dòng)重合閘的動(dòng)作邏輯可以看出，當(dāng)KKJ和TWJ同時(shí)為1時(shí)，備自投才會(huì)動(dòng)作成功。斷路器在合位的正常狀態(tài)時(shí)，現(xiàn)地或遠(yuǎn)方進(jìn)行分閘后，KKJ為0，TWJ為1，備自投不會(huì)動(dòng)作。因此，圖2中611和612回路之間不再需要增加外界條件進(jìn)行閉鎖。將閉鎖回路按照圖3進(jìn)行改接，壓板1QLP5改為閉鎖備自投總功能壓板。

圖3 改進(jìn)后備自投閉鎖原理圖

2.2 備自投動(dòng)作不成功

接線工作完成后，調(diào)試試驗(yàn)階段，通過繼電保護(hù)測試儀模擬備自投方式1充電條件，當(dāng)充電完成后，當(dāng)裝置檢測到Ⅰ母無壓，IL1 無流，Ⅱ母有壓，備自投動(dòng)作成功，跳1DL，延時(shí)合3DL。模擬備自投方式6充電條件，即Ⅰ母自恢復(fù)，當(dāng)裝置檢測到Ux1有壓，即達(dá)到備自投方式6動(dòng)作條件，備自投未動(dòng)作。

備自投方式1充電條件：Ⅰ母、Ⅱ母均三相有壓；1DL、2DL 在合位，3DL、4DL 在分位。備自投方式6充電條件：Ⅰ母、Ⅱ母均三相有壓，Ux1 無壓；2DL 、3DL 在合位， 1DL 、4DL 在分位。

為提高繼電保護(hù)故障快速查找速率，對于兩個(gè)及以上的部分組成的整體，可采用分段查找法進(jìn)行檢查處理。根據(jù)故障現(xiàn)象，利用備自投裝置本身自檢功能輔助分析，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行檢查的思路解決備自投動(dòng)作不成功問題。通過檢查裝置自檢信息，模擬備自投方式6充電條件滿足時(shí)，裝置上備自投方式6充電指示燈未點(diǎn)亮。檢查確認(rèn)進(jìn)線電源1DL原理接線圖和現(xiàn)場接線一致，如圖4所示。對照操作箱廠家白圖查看備自投出口對應(yīng)編號含義，進(jìn)一步判斷分析故障原因。

圖4 改進(jìn)前進(jìn)線電源1DL原理圖

圖中：1ln為監(jiān)控系統(tǒng)，2ln為備自投裝置，3ln為操作箱，0202為控制電源+，0208為手動(dòng)合閘入口，0211為手動(dòng)跳閘入口，0207為保護(hù)合閘入口，0205為保護(hù)跳閘入口。

通過分段檢查，可以判定備自投未動(dòng)作根本原因在于備自投方式6未充電，而未充電很可能是由于備自投動(dòng)作出口設(shè)計(jì)存在問題。根據(jù)上文合后位置繼電器KKJ閉鎖備自投的介紹，可以看出，當(dāng)備自投方式1動(dòng)作跳1DL、合3DL后，對于母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)3DL，TWJ為0，由于備自投合閘出口為保護(hù)合閘入口，KKJ不返回，即保持手分時(shí)狀態(tài)為0，此時(shí)備自投方式6放電。

因此，只有當(dāng)備自投方式1合3DL后，3DL的KKJ為1時(shí)，備自投方式6才會(huì)充電。將備自投合閘由保護(hù)合閘改為手動(dòng)合閘入口，如圖5所示，重新模擬邏輯試驗(yàn)，備自投動(dòng)作成功。

圖5 改進(jìn)后進(jìn)線電源1DL原理圖

2.3 備自投出口開關(guān)對應(yīng)混亂

調(diào)試初期，模擬備自投方式1動(dòng)作邏輯試驗(yàn)，僅將跳1DL和合3DL壓板投上，備自投方式1充電正常，裝置報(bào)文顯示備自投方式1長時(shí)間動(dòng)作，備自投未實(shí)際動(dòng)作出口。將所有出口壓板投上，再次備自投方式1動(dòng)作邏輯試驗(yàn)，備自投動(dòng)作成功，動(dòng)作跳2DL，合3DL，但實(shí)際應(yīng)為跳1DL，合3DL。

通過現(xiàn)象，可判斷故障原因大致由備自投裝置出口插件、出口壓板、操作箱、開關(guān)操作回路四者間接線與圖紙不對應(yīng)引起。檢查現(xiàn)場接線情況和施工圖紙，發(fā)現(xiàn)備自投裝置背板及壓板纖芯號頭管信息和圖紙一致。將控制回路電源斷電，利用萬用表確認(rèn)無壓后，切換至通斷檔，從首端“備自投裝置出口插件背板”至尾端“開關(guān)分合控制回路”逐段進(jìn)行通斷測試，經(jīng)測試確認(rèn)，備自投裝置出口插件和操作箱間接線有誤，操作箱和出口壓板間接線同樣存在錯(cuò)誤。

將單個(gè)出口壓板逐一投退，利用備自投裝置出口傳動(dòng)試驗(yàn)，觀察動(dòng)作結(jié)果，做好改線記錄，最后統(tǒng)一進(jìn)行修改。改線工作完成后，通過備自投出口傳動(dòng)試驗(yàn)，驗(yàn)證出口壓板和實(shí)際開關(guān)唯一對應(yīng)關(guān)系，備自投邏輯試驗(yàn)動(dòng)作正確無誤。

2.4 其他問題

由于機(jī)旁400 V系統(tǒng)采用三進(jìn)線式備自投，4個(gè)開關(guān)柜之間的內(nèi)部連接線較多，因此改造過程中遇到的二次誤接線問題較多，如：開關(guān)閉鎖邏輯有誤、開關(guān)遠(yuǎn)方操作位置信號未送至監(jiān)控系統(tǒng)、操作箱分合閘監(jiān)視指示燈不亮、CT二次接線開路等。

繼電保護(hù)二次回路中存在大量的位置接點(diǎn), 位置接點(diǎn)狀態(tài)的正確性決定了其所在回路的功能能否實(shí)現(xiàn)。通過人為短接和斷開的方法可快速判斷該類接點(diǎn)的正確性。本次改造工作點(diǎn)多面廣，涉及內(nèi)部接線較多，從設(shè)備到貨驗(yàn)收階段，利用通斷法進(jìn)行內(nèi)部接線核對工作。接線核對除對照圖紙、號頭信息、現(xiàn)場接線開展外，按照回路功能，利用開關(guān)實(shí)際分合、把手切換等方式進(jìn)行檢查。針對典型問題按批次統(tǒng)一整改，為后續(xù)廠用電系統(tǒng)改造排除了大部分隱患，保障了400 V廠用電系統(tǒng)改造工作的順利進(jìn)行。

3 改造亮點(diǎn)

3.1 盤柜空間布局

傳統(tǒng)400 V控制系統(tǒng)一次設(shè)備與二次控制系統(tǒng)同屏布置，二次回路端子排安裝在柜頂，400 V開關(guān)及連接母排安裝在二次回路下側(cè)，此種空間配置增加了二次專業(yè)人員開展不停電檢修維護(hù)和消缺工作觸電、短路等風(fēng)險(xiǎn)。

本次改造，將一次設(shè)備與二次控制系統(tǒng)分屏布置，二次回路布置更加符合人機(jī)工效設(shè)計(jì)，解決了傳統(tǒng)同屏布置所帶來的一系列問題，便于日常檢修維護(hù)及消缺等工作開展。同時(shí)，柜頂增加電纜橋架，為現(xiàn)場電纜走線提供了充足空間，便于開展柜內(nèi)二次接線。

3.2 測控裝置

為滿足智能電站發(fā)展需求，本次改造引入開關(guān)測控裝置，在進(jìn)線開關(guān)、母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)及重要負(fù)荷開關(guān)增加測控裝置，旨在搭建廠用電系統(tǒng)智能信息管理平臺(tái)。測控裝置主要采集母線電壓、進(jìn)線電流等模擬量信息，同時(shí)采集開關(guān)位置接點(diǎn)、“現(xiàn)地/遠(yuǎn)方”切換把手等開關(guān)量信息，測控管理終端結(jié)構(gòu)如圖6所示。裝置具有測量、控制、記錄、同期、積分電度、三相不平衡度計(jì)算和諧波分析等功能。

測控裝置可以實(shí)時(shí)檢測母線電壓和負(fù)荷電流，當(dāng)發(fā)生PT或CT異常時(shí)，能夠及時(shí)上送報(bào)警信息，具備諧波分析、裝置自檢、事件記錄、對時(shí)等功能。當(dāng)進(jìn)線開關(guān)或負(fù)荷開關(guān)發(fā)生接地等故障時(shí)，便于事故分析。測控系統(tǒng)通過61850協(xié)議接入監(jiān)控系統(tǒng)，具備網(wǎng)絡(luò)NCP對時(shí)和開關(guān)遙控功能。

通過不同測控系統(tǒng)組網(wǎng)，建設(shè)廠用電系統(tǒng)智能信息管理平臺(tái)，可以實(shí)時(shí)檢測站內(nèi)所有廠用電設(shè)備的運(yùn)行狀況，根據(jù)需要網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)方控制負(fù)荷開關(guān)，具備智能巡檢和狀態(tài)檢修的條件。同時(shí)，油泵運(yùn)行累計(jì)時(shí)間統(tǒng)計(jì)有助于設(shè)備長周期壽命管理。廠用電系統(tǒng)智能信息管理平臺(tái)建設(shè)，為智能化水電站建設(shè)打下了良好基礎(chǔ)。

3.3 事故總信號

控制回路中通過KKJ和TWJ常開接點(diǎn)串聯(lián)構(gòu)成事故總信號回路，如圖6所示。該信號現(xiàn)地或遠(yuǎn)方分閘操作時(shí)不會(huì)閉合，只有在開關(guān)本體機(jī)械按鈕操作或保護(hù)故障等非正常跳閘時(shí)才會(huì)閉合，在監(jiān)控系統(tǒng)上報(bào)出事故跳閘總信號，如開關(guān)偷跳。

圖6 事故總信號原理接線圖

事故總信號可以用來判斷處于運(yùn)行中的開關(guān)是否正常跳閘，當(dāng)站內(nèi)發(fā)生開關(guān)誤跳閘事件，可以用來幫助異常事件調(diào)查分析。同時(shí)，事故總信號還有助于日常運(yùn)行管理、缺陷處理等工作開展。

4 結(jié)語

某水電站機(jī)旁400 V開關(guān)控制回路及備自投裝置改造后，設(shè)備運(yùn)行狀況良好，保證了電力設(shè)備的安全運(yùn)行。廠用電測控系統(tǒng)應(yīng)用效果顯著，滿足了智能巡檢的要求，對智能化電站建設(shè)具有較大參考意義。本文總結(jié)了改造過程中典型問題的分析和處理思路，可以有效地提高處理二次回路故障問題的速度性和準(zhǔn)確性。