貴港航運樞紐工程二線船閘10 kV系統(tǒng)運行方案和整定原則

盤慶波　張鵬

摘要：為了使貴港航運樞紐工程二線船閘10 kV供配電系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運行，文章從運行和整定工作出發(fā)，分析了設計方案、運行方式和繼電保護整定原則三者之間的協(xié)同關系，并根據(jù)工程建設的特點制定出一套較為可行的運行方案和整定方案。

關鍵詞：貴港航運樞紐;運行;整定

中圖分類號：U641.7

0 引言

電力設備的安全穩(wěn)定運行關系到人身和設備安全，也關系到企業(yè)的經(jīng)濟效益，在工程建設的過程中需統(tǒng)籌考慮、全面分析、統(tǒng)一策劃，最終選用最優(yōu)方案。其中，設計方案、運行方式和繼電保護整定這三個方面緊密關聯(lián)，相互協(xié)同[1-4]。

在制定設計方案時，需要充分考慮設備的運行安全和操作便利，能夠通過設計方案制定出明確的運行原則和整定原則。運行單位能根據(jù)設計單位推薦的運行原則制定更符合企業(yè)實際要求和電力設備實際狀況的最優(yōu)運行方案，然后再根據(jù)設計方案和運行方式進行繼電保護整定，最終得到最優(yōu)的設備運行和整定方案，最大可能地保障電力設備的安全穩(wěn)定運行。

本文以貴港航運樞紐工程二線船閘10 kV供配電系統(tǒng)的運行和整定工作為例，通過介紹設計方案、運行方式和繼電保護整定原則，分析了三者之間的協(xié)同關系，根據(jù)工程建設的特點制定出一套較為可行的運行方案和整定方案。

1 概述

西江航運干線貴港航運樞紐是西江航運干線南寧至梧州段四個渠化梯級的第二個梯級，位于郁江中段貴港市區(qū)上游約6.5 km處的郁江蓑衣灘河段。西江航運干線貴港航運樞紐二線船閘工程布置在一線船閘右側，建設規(guī)模為3 000 噸級，按Ⅰ級船閘設計。貴港航運樞紐電廠采用4 臺燈泡貫流式發(fā)電機，總裝機容量為120 MW，多年平均發(fā)電量為6.11億kW·h。

貴港二線船閘新建配電房供電電源引自貴港航運樞紐電廠10 kV廠用Ⅰ段、Ⅱ段母線，共兩回路，新增1座箱式變電站，包括2臺1 000 kVA的10 kV隔離變壓器，互為備用關系;兩臺隔離變壓器分別供1路10 kV電源給一線船閘和二線船閘，其中二線船閘的10 kV采用單母線分段接線，通過10 kV/400 V降壓變壓器后給各負荷供電。貴港二線船閘的供電系統(tǒng)主接線圖如圖1所示。

2 特點分析

2.1 供配電接線復雜

貴港航運樞紐在新建二線船閘后，將從電廠側重新敷設供電電纜，具備單回路供雙線船閘運行的能力。為了有效隔離故障，增加了兩臺隔離變壓器，每臺隔離變壓器的兩回出線分別送到一線、二線船閘10 kV的分段母線。開關數(shù)量從原來只有一線船閘時的5個10 kV開關增加到一線、二線船閘共有23個10 kV開關，其中二線船閘的開關數(shù)量為16個。

2.2 運行方式復雜性增加

貴港航運樞紐電廠對10 kV Ⅰ段和Ⅱ段母線的運行方式和工況轉換有著嚴格的規(guī)定，要避免出現(xiàn)環(huán)網(wǎng)運行，保證電廠10 kV系統(tǒng)的運行安全。貴港航運樞紐二線船閘供配電系統(tǒng)改造后，船閘側增加了箱式變電站母線、二線船閘母線，以及相應的開關設備，這增大了防誤操作的難度和運行方式轉換時的操作復雜性。

2.3 供電和用電安全性要求高

在電廠側，要求能夠有效隔離故障，同時避免運行方式轉換造成的10 kV環(huán)網(wǎng)運行，確保電廠用電安全，機組不能因此出現(xiàn)非計劃停機。

貴港航運樞紐要求能給一線、二線船閘可靠的供電，運行方式要簡單， 在簡化操作的同時要盡量保持雙電源供電的優(yōu)點。10 kV供電線路保護要能有效地切除故障部分，且不影響其他正常線路的運行。船閘電氣設備的繼電保護既能正確動作，又能有效配合，保證船閘供電系統(tǒng)的正常運行，保證西江黃金水道暢通。

2.4 其他需要考慮的因素

貴港航運樞紐電廠和船閘均采用“無人值班”（少人值守）的運行管理模式，船閘還實現(xiàn)了西江流域的聯(lián)合調度，經(jīng)過貴港船閘的船只報到、調度、排檔、控制都由廣西西江船閘聯(lián)合調度中心負責，貴港船閘當?shù)乇Ａ羯倭康难矙z和維護人員。10 kV供配電系統(tǒng)運行要充分考慮和適應貴港航運樞紐電廠和船閘的運行管理模式。

3 運行要求和運行方案

3.1 運行要求

當船閘設備發(fā)生故障時，要能夠有效隔離故障，防止越級跳閘，確保電廠側安全運行。電廠10 kVⅠ段918開關、10 kVⅡ段922開關向貴港船閘供電時采用不同時供電方式，只允許單路供電。這樣，要保持船閘隔離箱式變電站及其他設備良好的狀態(tài)，隨時可以轉換運行，同時要簡化船閘側供電方式轉換的運行操作，降低誤操作風險，提高工作效率。

3.2 運行方案

針對船閘運行間歇性用電的特點，貴港船閘1#、2#隔離箱式變電站采取單母線分段并列運行方式，聯(lián)絡開關“聯(lián)1”處于合閘位置，兩個隔離變都帶電運行，既增加了船閘供電的可靠性，又避免了出現(xiàn)長時間停運致設備受潮影響絕緣的問題。

貴港一線、二線船閘10 kV采用分段運行方式，即一線船閘10 kVⅠ段、Ⅱ段聯(lián)絡開關“聯(lián)3”正常時處于跳閘位;二線船閘10 kVⅠ段、Ⅱ段聯(lián)絡開關“聯(lián)2”正常時處于跳閘位。DY11和DY12隔離變壓器低壓側不形成環(huán)網(wǎng)，避免產(chǎn)生由于制造工藝形成的環(huán)流、電壓差，也不用考慮負載分配。當10 kV某段電源故障時，才考慮投入聯(lián)絡開關。

貴港一線船閘400 V系統(tǒng)采用分段運行方式，二線船閘400 VⅠ段主用、Ⅱ段備用。

4 繼電保護整定原則

4.1 充分考慮設計方案

貴港航運樞紐工程二線船閘DY11和DY12隔離變壓器采用互為備用的設計方案，其中任何一臺隔離變壓器均能帶一線、二線船閘的全部負荷，當兩臺變壓器同時運行時，最大負荷也不會超過單臺變壓器的容量。這一設計原則為隔離變供電端的“進1”“進2”、918、922等開關的整定提供了額定電流的上限。

二線船閘兩臺500 kVA低壓降壓變壓器在設計上也是互為備用關系，任何一臺廠變均能帶二線船閘內全部負荷，當兩臺降壓變壓器同時運行時最大負荷也不會超過單臺變壓器的容量。這一設計原則為廠變高壓側的“進5”“進6”“出3”“出5”開關的整定提供額定電流的上限。

上述對設計方案的考慮，確保了相關設備的過電流保護和過負荷保護的靈敏度。

4.2 短路點的設置

從圖1所示的主接線可以看出，二線船閘的主接線設計復雜，各級切換和工況轉換較多，總體來看阻抗較大的元件設備主要為變壓器，所以短路點設置在降壓變壓器400 V側和隔離變壓器副邊側。

電廠到船閘的供電電纜長度為1 500 m，距離不長，相對于變壓器而言，其阻抗可以忽略不計，故不在線路末端設置短路點，根據(jù)盡量簡化運行的原則，10 kV電廠饋線線路保護可以根據(jù)隔離變壓器保護整定結果進行整定。

其余設備也都主要通過各類導體連接，阻抗均可以忽略不計。短路點設置如圖2所示。

4.3 級差配合的優(yōu)化

貴港航運樞紐工程二線船閘主接線設計復雜，分級供電較多，如降壓變壓器與400 V電動機保護存在級差配合;“聯(lián)2”開關與低壓廠變壓器存在級差配合;“進5”開關與低壓廠變壓器+“聯(lián)2”開關存在級差配合;“進3”開關與“出3”+“出4”開關存在級差配合;“進1”開關與“聯(lián)1”+“出1”開關存在級差配合等。

為了保證供電系統(tǒng)運行的可靠性，保證繼電保護的選擇性，上述級差配合都要考慮。但是，每一級級差配合都將帶來保護動作時限延長，最終延伸到918和922的保護時限將較長。根據(jù)貴港航運樞紐電廠和船閘運行部門制定的運行原則和運行方案，為了避免918和922不及時跳開而影響電廠廠內系統(tǒng)保護的選擇性，918和922還要與發(fā)電機和主變壓器保護的動作時限進行配合。因此，在二線船閘各部位的保護配合級差盡可能地縮小，在沒有選擇性要求的位置不考慮級差配合，如“出3”開關和“進5”開關，“出5”與“進6”開關，“聯(lián)1”開關與“出1”“出2”開關等。這些開關之間可以等同于同一個開關，可以同時跳閘，且同時跳閘也不存在切除范圍的擴大。另外，“出1”開關和“進3”開關位于隔離變壓器兩側，只要其中一個跳閘，隔離變壓器都將無法供電，所以隔離變壓器兩側開關之間也不考慮時限的級差配合。

918和922開關供電電纜長度為1 500 m，阻抗不大，不再單獨按線路保護計算，而是分別與“進1”開關、“進2”開關進行配合計算，跳閘時限與“進1”開關、“進2”開關一致，縮小跳閘時限的時差。

通過級差配合的優(yōu)化，918和922兩個開關的過電流保護動作時間整定為1.2 s，這個時限還能夠與廠內其他系統(tǒng)的保護時限相配合，最終兼顧了電廠和船閘的設備運行和保護配合。

5 運行

貴港航運樞紐工程二線船閘電氣設備在進行運行方式梳理和繼電保護整定計算后，于2020-11-15投運。投運后保護裝置一直正常運行，線路和設備運行正常，運行方式轉換正常，保護裝置均無異常告警，也未發(fā)生誤動和拒動情況，整套配電系統(tǒng)的正常運行有力地保障了貴港二線船閘過閘的安全、可靠。

6 結語

經(jīng)過對設計方案的分析研究，貴港航運樞紐工程二線船閘的運行原則和運行方式綜合考慮了電廠和船閘運行部門的實際要求，繼電保護整定計算結合設計方案和運行方式進行了綜合考慮，在設計、運行和整定各環(huán)節(jié)中找到了平衡點，最終形成了一套適用于本項目的設備運行和保護整定方案，保證了供電的穩(wěn)定性和可靠性，也為類似項目提供了一定的參考借鑒作用。

參考文獻

[1]GB/T 14285-2006，繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程[S].

[2]NB/T 35010-2013，水力發(fā)電廠繼電保護設計規(guī)范[S].

[3]DL/T 584-2007，3 kV～110 kV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程[S].

[4]SL455-2010，水利水電工程繼電保護設計規(guī)范[S].

作者簡介：

盤慶波（1979—），工程師，主要從事水電等清潔能源運營管理工作;

張 鵬（1983—），高級工程師，主要從事工程建設管理工作。