淺析紫坪鋪水電廠直流系統改造

伍 鳳， 黃熠森

(四川省紫坪鋪開發(fā)有限責任公司，四川成都 610091)

紫坪鋪工程位于四川省都江堰市麻溪鄉(xiāng)境內的岷江上游，距成都市約60 km，是以農業(yè)灌溉和城市供水為主，兼有發(fā)電、防洪、環(huán)境保護、旅游等綜合效益的重要控制性水源工程。電廠總裝機容量760 MW，保證出力168 MW，年發(fā)電量為34.17億kW·h，年平均利用小時為4 496 h，以一回500 kV出線接入成都環(huán)網。電廠承擔四川電網調峰、調頻、事故備用等任務，是川西電網比較經濟的調峰調頻電源。因此，對其直流電源供電方式的正確選擇，直接關系到供電的可靠性和安全性。如何保證直流母線和直流負荷在不失電的情況下進行直流系統供電改造，是紫坪鋪電廠直流系統供電方式技術改造工作中的一大難點。

1 直流系統供電方式及其改造意義

1.1 供電方式

紫坪鋪電廠直流系統于2005年11月投入運行，電廠最高電壓等級為500 kV。直流電源系統分為兩段，每段由不同的蓄電池組(220 V/1 000 Ah)進行供電。正常運行時，兩段直流系統分段運行，當直流系統檢修或故障時，兩段母線聯絡運行工作。目前現場直流饋線配電網絡采用環(huán)狀供電方式(圖1)，雖然這種供電方式所用電纜數量較少，但環(huán)路中的開關斷開點不明顯，容易造成兩組蓄電池環(huán)狀運行且開關編號繁瑣，從而使操作復雜，尋找接地故障較困難。為此，特提出將現有直流饋線配電網絡由環(huán)狀供電方式改造成為輻射狀供電方式。

1.2 改造的意義

圖1 改造前機組直流環(huán)狀供電圖

紫坪鋪電廠直流系統原有的供電方式雖然所用的電纜數量少，在一定程度上節(jié)約了成本，但是從運行效果看，其降低了供電的可靠性，增大了處理故障的難度。因此，按照《電力工程電氣設計手冊》(電氣二次部分)中“操作電源系統”一章和《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》(繼電保護專業(yè)重點實施要求的通知)的要求:新、擴建或改造的變電站直流系統的饋出線網絡應采用輻射狀供電方式，不應采用環(huán)狀供電方式。在用設備如采用環(huán)狀供電方式的，應盡快改造成輻射狀供電方式。根據上述要求和紫坪鋪電廠直流系統實際運行情況，電廠決定將現有的環(huán)狀供電方式改造為輻射狀供電方式，改造后的供電方式將大大提高直流系統運行的可靠性。

2 改造方案的實施

考慮到紫坪鋪電廠現有直流系統供電方式的復雜性，在改造過程中務必做到確保繼電保護裝置及二次控制設備直流電源不中斷;確保改造過程中改造設備和未改造設備直流供電的可靠性和設備的安全性;確保未改造設備所在直流環(huán)狀網絡的供電開關的開斷正確性。

此次直流系統供電方式的改造主要分為以下幾個步驟進行:

(1)直流饋線配電網絡由環(huán)狀供電方式改造為輻射狀供電方式，需要增加六面直流電源分屏柜:保護室一面、電氣廊道公用設備一面、1～4#機組單元各一面。

直流電源分屏柜的技術要求為:

①直流電源分屏柜的外形尺寸:2 260 mm×800 mm×600 mm，柜的前后應開門，前門為帶鎖的單開玻璃門，柜的底部有可封閉的電纜孔，屏內設有接地銅排。裝置的機械機構應能防塵、蟲及小動物、機械震動、潮濕及有害氣體的影響，裝置內接元件部分不應產生接觸不良現象。

②屏(柜)內端子排布置在屏兩側，端子排位置應便于接線，要求設置塑料走線槽。

③屏(柜)面布置應均勻、整齊和對稱，便于操作、監(jiān)視、維護和檢修。

④直流電源分屏柜內的母線布置采用兩段母線接線方式。

⑤所有直流電源分屏柜內應配置專用的直流空開，在滿足選擇性的前提下應選用同一廠家系列產品，上、下級空開配置應保證2～4級差(紫坪鋪電廠選用的是由西門子生產的低壓直流專用斷路器)。

⑥各直流電源分屏柜應根據所接負荷具體的情況配置不同容量、不同安全等級的合格開關。

⑦對于所有直流分屏柜，在其接線端子配置時，50 A開關回路最大能接入10 mm2的導線;20 A和10 A開關回路最大能接入4 mm2的導線。

(2)各屏柜安裝到位后，先將相應負荷屏柜的電纜敷設到位，對新敷設的電纜應進行對線、搖絕緣、走線等相關準備工作，同時，在對運行設備進行電纜敷設時，一定要在確保安全的基礎上，使設備盡可能短的時間停電。

(3)保護室直流電源分屏柜所帶負荷直流供電回路的改造隨線路年檢進行;1～4#機組直流電源分屏柜所帶負荷直流供電回路的改造隨機組檢修進行;電氣廊道公用設備直流電源分屏柜所帶負荷直流供電回路的改造隨公用設備檢修進行。

(4)在對單一設備進行直流供電電源改造時，必須先對原環(huán)狀供電回路進行詳細勘察、了解，避免出現改動本回路接線時導致環(huán)路中的其它設備因解環(huán)而失電。

(5)隨檢修進行改造的供電回路在改造后應進行詳細的試驗工作。對于新增直流分屏柜，應由220 V/1 000 Ah直流系統Ⅰ段和Ⅱ段分別對其進行供電，觀察直流分屏柜內兩段母線獨立運行的情況，如運行正常，則模擬直流分屏柜內任一母線故障時設備的聯絡運行情況。同時，應模擬任一直流回路故障時直流分屏柜上絕緣監(jiān)測儀的報警情況。

(6)對直流供電方式改造后的設備進行恢復供電時，應先合直流分屏柜內的直流開關，再合運行設備的直流開關，觀察設備是否正確運行。在保證設備運行正常的情況下，再恢復設備的交流供電。

(7)在對某一直流環(huán)網內的設備直流供電方式均改造完畢后，應對該直流環(huán)網進行解環(huán)工作。在解環(huán)過程中，應特別注意的是:需在保證該環(huán)網接線無電壓的情況下，方能解除環(huán)網接線和環(huán)網開關并不得影響設備的安全運行。

(8)對全廠設備直流負荷供電回路全部進行改造完成后，才能將原環(huán)狀供電方式所加的環(huán)路開關和接線退出，且必須退出。

3 改造后運行情況分析

紫坪鋪電廠目前已將4臺機組直流負荷回路、公用系統直流負荷回路、線路保護室直流回路全部改造完畢。改造后的直流負荷供電情況見圖2。

3.1 運行可靠性

直流操作電源作為水電廠的核心，需要不間斷的為二次設備、事故照明、斷路器分合閘線圈等提供電源。直流供電網由環(huán)狀改造為輻射狀后，雖然大大增加了屏柜及電纜數量，但滿足了反措要求，提高了設備運行供電的可靠性。采用輻射狀供電時的電纜敷設距離短(電纜僅需從饋線屏輻射到各機組、系統的分電屏，從分電屏輻射到各設備裝置)，易滿足饋線網絡的多級級差配合。在輻射狀供電方式下，如果一條出線保護的電源開關越級跳閘，不會使上一級保護由于失去電源而不能動作，從而造成事故擴大，這在一定程度上彌補了環(huán)狀供電方式的級差配合缺陷，大大提高了水電廠設備運行的可靠性。自改造完成后，直流系統已安全運行近兩年，未發(fā)生一起因設備原因引起的供電中斷事故，設備運行成功率達到了100%。

圖2 改造后機組直流輻射狀供電圖

3.2 運行安全性

直流供電網采用輻射狀供電方式后，直流系統供控制、信號、繼電保護、斷路器操作、事故照明、直流常明燈等的用電均采用主、分屏二級供電方式。直流主屏至直流分屏以雙回路饋線供電，各設備所需要的控制、保護、跳閘等電源均由直流主屏下設直流分屏單獨回路供電。當任一回路直流饋線短路時，直流分屏絕緣報警裝置和直流主屏絕緣報警裝置均能準確報出故障支路，自動將故障設備與系統斷開，不影響非故障設備的正常運行。相比環(huán)狀供電方式而言，這在很大程度上降低了查找故障點的難度，節(jié)約了檢修人員查找故障的時間，提高了故障處理速度，減少直流短路、設備直流電源中斷事故90%以上，直流供電缺陷消缺率達到100%，極大地保障了設備運行的安全性。

經過近兩年時間的運行發(fā)現，輻射狀直流系統供電方式提高了設備運行的可靠性和安全性，最大限度地減少了單回直流饋線短路時對電廠其它直流負荷的影響，降低了消除和隔離故障的難度。

4 結語

實踐證明，紫坪鋪水力發(fā)電廠直流系統供電方式改造過程中沒有發(fā)生控制、保護信號的直流電源中斷，沒有發(fā)生短路或接地，經改造后的所有電力設備運行正常，輻射狀直流供電方式的優(yōu)點在紫坪鋪水力發(fā)電廠的實際生產中也得了很好的體現，充分保證了系統安全、穩(wěn)定運行，提高了供電可靠性，達到了預期的效果。