瀘定水電站直流系統(tǒng)接線方式設(shè)計(jì)缺陷及改進(jìn)措施

楊乾鴻

（四川華電瀘定水電有限公司，四川 瀘定 626100）

0 概述

電站直流系統(tǒng)供給繼電保護(hù)、控制信號(hào)、開關(guān)動(dòng)力電源、計(jì)算機(jī)監(jiān)控、事故照明、交流不間斷電源及機(jī)組起勵(lì)電源等直流負(fù)荷。其運(yùn)行的可靠性，是保證電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件之一。過去的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)證明，當(dāng)直流系統(tǒng)在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)失靈，繼電保護(hù)及斷路器等將失去操作電源而不能跳閘迅速地切除故障，強(qiáng)大的短路電流將燒毀變壓器及發(fā)電機(jī)等重要的電氣設(shè)備，使事故擴(kuò)大，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，提高電站直流系統(tǒng)安全運(yùn)行的可靠性、防患于未然至關(guān)重要。

瀘定水電站機(jī)組及GIS（六氟化硫全封閉開關(guān)）直流電源系統(tǒng)采用兩組蓄電池、3套充放電裝置、輻射式供電。其接線方式為單母分段接線，兩段母線分別布置在兩面直流饋電屏內(nèi)，特殊方式或事故情況下，可手動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩段母線并列運(yùn)行。每組蓄電池和充放電裝置各接于一段直流母線，第3套充放電裝置作為備用，可在兩段母線之間切換。當(dāng)任一工作充放電裝置退出運(yùn)行時(shí)，可手動(dòng)投入第3套充放電裝置。

1 瀘定水電站機(jī)組及GIS直流系統(tǒng)存在的問題及分析

瀘定水電站機(jī)組及GIS直流電源系統(tǒng)的主要負(fù)荷是電站內(nèi)最重要的控制保護(hù)設(shè)備，其電源必須保證連續(xù)供電，其接線方式見圖1。

圖1 直流電源接線示意

圖1這種接線方式在兩組充放電裝置、蓄電池組以及回路中各設(shè)備都運(yùn)行正常的情況下，可對(duì)負(fù)荷提供可靠連續(xù)的電源，保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行是沒有任何問題的。其運(yùn)行方式為直流母線分段，1號(hào)充放電裝置和1號(hào)蓄電池組供1段母線負(fù)荷，2號(hào)充放電裝置和2號(hào)蓄電池組供Ⅱ段母線負(fù)荷，3號(hào)充放電裝置作為備用。但此種接線方式在某一組蓄電池組故障退出運(yùn)行或?qū)π铍姵亟M進(jìn)行正常的充、放電試驗(yàn)維護(hù)，而將直流母線聯(lián)絡(luò)解列運(yùn)行時(shí)，則有出現(xiàn)直流母線電源異常中斷的可能。以1號(hào)蓄電池組退出，Ⅰ、Ⅱ段直流母線聯(lián)絡(luò)運(yùn)行操作為例加以說明。

（1）操作順序。操作1號(hào)蓄電池組出口及Ⅰ、Ⅱ段聯(lián)絡(luò)聯(lián)鎖刀閘1QK2，斷開蓄電池組出口側(cè)，倒至Ⅰ、Ⅱ段母線聯(lián)絡(luò)側(cè)；斷開1號(hào)蓄電池組出口刀容開關(guān)1DR；斷開1號(hào)充放電裝置出口刀閘1QK1。

（2）存在問題。1QK2作為一個(gè)帶有機(jī)械閉鎖的聯(lián)鎖刀閘，共設(shè)置了3個(gè)位置，分別是聯(lián)接1號(hào)蓄電池組出口至Ⅰ段直流母線，中間位置即 “斷開”位置，聯(lián)接Ⅰ、Ⅱ段直流母線。當(dāng)操作人員在進(jìn)行該刀閘操作時(shí)，先是分開1號(hào)蓄電池組出口側(cè)，然后轉(zhuǎn)至中間斷開位置，再轉(zhuǎn)至Ⅰ、Ⅱ段直流母線聯(lián)絡(luò)位置。在刀閘操作過程中，始終存在一個(gè)過渡位置 （即斷開位置），這時(shí)1QK2兩邊都不聯(lián)絡(luò)，并且由于操作人員技術(shù)水平和熟練程度不同，還可能有一個(gè)時(shí)間延時(shí)，再加上每操作一步之后設(shè)備狀態(tài)的檢查時(shí)間；則在這短時(shí)間內(nèi)，1號(hào)蓄電池組退出運(yùn)行，Ⅰ、Ⅱ段直流母線還未聯(lián)絡(luò)，1段直流母線只有1號(hào)充放電裝置供電。如果此時(shí)廠用電中斷，將使1號(hào)充電裝置輸出中斷，造成Ⅰ段直流母線電源消失，進(jìn)而使Ⅰ段所帶繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置電源消失；如果系統(tǒng)故障，則會(huì)造成開關(guān)跳不開而使事故擴(kuò)大等問題。

（3）結(jié)論。此種直流電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，從機(jī)械方面考慮了防止兩組蓄電池組并列運(yùn)行，并在操作維護(hù)方面簡化了操作流程；但在簡化系統(tǒng)接線，特別是在直流電源系統(tǒng)最重要的可靠性方面存在不足。按照電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程的規(guī)定，繼電保護(hù)裝置和安全自動(dòng)裝置、斷路器跳閘回路等設(shè)備是不允許斷電的，以保證其動(dòng)作的正確性和可靠性。而此接線方式在極端情況下，可能造成操作維護(hù)過程中的電源中斷，是運(yùn)行維護(hù)的隱患。

2 改進(jìn)措施

針對(duì)該直流系統(tǒng)接線方式存在的問題，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。根據(jù)現(xiàn)場盤柜布置及實(shí)際情況，充分征求了設(shè)計(jì)和廠家的意見，在召開的設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)上提出了兩套方案。

方案一。在不改變?cè)O(shè)計(jì)接線方式的情況下，在蓄電池組小母線和負(fù)荷母線之間增加1組聯(lián)絡(luò)刀閘1QK3（2QK3），其改進(jìn)的接線方式見圖2。

圖2 方案一接線方式

此方案聯(lián)絡(luò)運(yùn)行時(shí)操作順序?yàn)椋?合上聯(lián)絡(luò)刀閘1QK3（2QK3），斷開充放電裝置出口刀閘 1QK1（2QK1），切換聯(lián)鎖刀閘1QK2（2QK2）至Ⅰ、Ⅱ段直流母線聯(lián)絡(luò)側(cè)，斷開聯(lián)絡(luò)刀閘1QK3（2QK3），斷開蓄電池組出口刀容開關(guān)1DR。

方案二。改變?cè)O(shè)計(jì)接線方式，取消聯(lián)絡(luò)聯(lián)鎖刀閘，將其拆分為聯(lián)絡(luò)刀閘QK，蓄電池組上直流母線聯(lián)絡(luò)刀閘1QK2（2QK2），其改進(jìn)接線方式見圖3所示。

圖3 改進(jìn)方案2示意

此方案聯(lián)絡(luò)運(yùn)行時(shí)操作順序?yàn)椋簲嚅_充放電裝置出口刀閘1QK1（2QK1），合上Ⅰ、Ⅱ段直流母線聯(lián)絡(luò)刀閘QK，斷開蓄電池組上母線聯(lián)絡(luò)刀閘1QK2（2QK2），斷開蓄電池組出口刀容開關(guān)1DR。

總體來看，兩套接線方式在操作中都能有效避免蓄電池組短時(shí)退出而造成直流電源突然中斷的情況，提高了供電可靠性。同時(shí)，根據(jù)電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程的規(guī)定，在聯(lián)絡(luò)操作過程中，在兩段直流母線電壓平衡的情況下，允許蓄電池組短時(shí)并列而對(duì)直流系統(tǒng)的運(yùn)行方式和蓄電池組的使用壽命不會(huì)造成影響。但方案一在原有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增加了兩個(gè)聯(lián)絡(luò)刀閘，從而使盤柜內(nèi)的接線變得復(fù)雜，柜內(nèi)設(shè)備布置略顯擁擠，給安裝維護(hù)帶來不便；同時(shí)，根據(jù)更改之后的實(shí)際情況，在進(jìn)行正常的聯(lián)絡(luò)操作時(shí)步驟增加，操作復(fù)雜，使誤操作風(fēng)險(xiǎn)增大。而方案二在滿足設(shè)計(jì)規(guī)程要求的前提下，簡化了接線，走線清晰明確，盤柜內(nèi)設(shè)備便于布置，簡化了操作流程，相比較而言具有更大的優(yōu)勢(shì)和可行性。

綜合上述問題進(jìn)行比較論證之后，最終確定方案二為瀘定水電站機(jī)組及GIS直流電源系統(tǒng)改進(jìn)后的接線方式。

3 結(jié)語

直流電源系統(tǒng)作為瀘定水電站是重要的系統(tǒng)之一，必須與其負(fù)荷性質(zhì)及將來電站的運(yùn)行方式相適應(yīng)，通過機(jī)組及GIS直流電源系統(tǒng)接線方式的合理改進(jìn)，從設(shè)計(jì)安裝初始階段就使其既滿足經(jīng)濟(jì)性、可靠性、技術(shù)性的要求，又使安裝維護(hù)更加方便，避免了可能出現(xiàn)的電源中斷的極端情況，從而為電站的安全可靠運(yùn)行提供保證。同時(shí)建議，在設(shè)備運(yùn)行后的操作維護(hù)過程中，特別是在聯(lián)絡(luò)/解列操作過程中，應(yīng)制定詳實(shí)的操作規(guī)程并嚴(yán)格執(zhí)行；做好運(yùn)行維護(hù)人員的培訓(xùn)工作，防止由于誤操作而使蓄電池組長期并列運(yùn)行。

［1］ 白忠敏，等.電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［2］ DL/T 5044—2004 電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.