下坊水電站廠用電自動化控制改造及分析

賈建中，羅海英

（九江新華水電開發有限公司下坊水電站，江西 九江332300）

1 概述

下坊水電站裝有2臺燈泡貫流式機組，電站通過單回110kV線路并入電網，當線路或電網發生故障停電時，電站會出現短時全廠失電情況。保安電源200kW的柴油發電機安裝于壩頂配電室，其位置離中控室和400V廠用電配電室位置較遠。由于沒有設計自動啟柴油機保廠用電流程，緊急失電情況下，需要手動進行保廠用電操作，操作最快時間需要10min，且操作比較復雜，容易誤操作，對安全生產構成隱患。

2 廠用電

2.1 接線及運行方式

下坊水電站400V廠用電系統設計分為3段，電源分別取自6.3kVⅠ、Ⅱ段母線。設計正常運行方式為：1號廠變帶廠用400VⅠ段運行，2號廠變帶廠用400VⅡ段運行，壩區變帶壩區400V Ⅲ段（1臺壩變運行，1臺壩變備用）運行，柴油發電機做為全廠保安電源?？紤]到電站實際負荷及經濟運行，電站將1、2號壩變備用，由2號廠變通過422、434開關向400V壩區Ⅲ段負荷供電。廠用電400VⅠ段與廠用電400VⅡ、Ⅲ段通過400開關互為暗備用，當400VⅠ段或Ⅱ段某一段母線失電時，備自投BZT動作跳開失電母線段廠變高、低壓側開關，合上聯絡開關400，起到保電目的。

具體接線及正常運行方式如圖1所示。

圖1 下坊水電站廠用電接線圖

表1 廠用電系統主要設備參數

2.2 存在的問題

（1）倒閘操作復雜

在倒換廠用電操作過程中，需操作確認廠用電系統開關的位置（如：411、400、421、422、431、432、433、434等），由于接線復雜開關較多，且各開關不在同一配電室，致使操作人員不斷地往返于各配電室，增加了工作量，加之事故處理緊急情況下，心情緊張在所難免，容易誘發誤操作。

（2）有誤操作的可能

廠、壩變低壓側開關型號：CW1-2000萬能式開關如圖2所示，圖中C、D 按鈕是自動化回路中的“合、分”閘按鈕，A、B按鈕是開關本體裝置設置的機械“分、合”閘按鈕。為防止400V壩區Ⅲ段形成環路運行，在431、432、433開關合閘回路中設置了電氣閉鎖，保證只能有一個開關處于合閘位置。手動倒換廠用電操作過程中，假設433開關在“合閘”位置，如果手動操作431或432開關的B按鈕，就躲過了回路閉鎖，使得431開關或432開關合閘，造成柴油發電機對變壓器低壓側送電，形成很大的沖擊電流，造成誤操作。

圖2

（3）有非同期隱患

400VⅡ、Ⅲ段聯絡開關434、422為抽屜式開關，沒有位置信號輔助接點，故431、432、433開關與434、422開關之間沒有電氣閉鎖。如果400VⅡ段通過422、434開關給壩區Ⅲ段供電，倒閘操作過程中，柴油發電機開啟后誤合433開關，即造成非同期合閘。

3 廠用電自動化改造

3.1 目標

實現廠用電倒換的程序化控制，通過監控系統完成自動啟、停柴油發電機，自動完成廠用電開關分、合閘的倒廠用電操作，自動進行機組工況及廠變投運情況判斷，程序一鍵實現中控室倒廠用電的所有操作，免除人為現場手動操作步驟。

3.2 分析及解決的問題

廠用電實現監控系統自動倒閘操作，在程序及自動化回路中需要解決以下幾個問題：

（1）機組狀態

燈泡貫流式機組輔助設備較多，機組在發電狀態進行倒廠用電操作，會造成輔助設備的停運（如：機組潤滑油泵、冷卻水泵、發電機冷卻風機等），影響機組運行安全。因此，在倒廠用電的程序中應判斷1、2號機組發電機的運行狀態，應盡量避免機組發電狀態下倒換廠用電，程序執行時必須提醒運行人員是否繼續進行操作。通過判斷兩臺發電機出口開關610、620的分合閘位置可實現機組狀態判斷。

（2）開關控制

為保證操作的正確性，程序要判斷廠用電系統各開關的位置，并按倒廠用電倒閘的先后順序進行正確地設置，進行分、合閘操作。

（3）電氣回路閉鎖

廠用電400VⅡ段與壩區Ⅲ段因為沒有電氣閉鎖，可能造成環網或非同期運行，因此在壩區Ⅲ段431、432、433開關回路中應加合閘的閉鎖條件，考慮到434、422開關為抽屜式開關，沒有輔助接點，無法通過開關判斷位置。可以在400V壩區Ⅲ段母線上安裝380V電壓繼電器，通過判斷電壓來閉鎖431、432、433開關的合閘回路，如400V壩區Ⅲ段有電壓，則431、432、433開關不能合閘。

（4）用電負荷

當機組在發電狀態下因線路或電網故障造成機組事故停機全廠失電時，由于導葉關閉，調速器大量用油，調速器油壓可能下降至備用泵啟動值或更低。在恢復送電過程中，調速器3臺油泵（2臺45kW，1臺5.5kW）會同時啟動，形成很大的沖擊電流，造成柴油發電機因電流過大停機，因此在柴油發電機保廠用電操作時應禁止調速器2臺大油泵啟動，通過調速器小油泵（5.5kW）逐步建立油壓，柴油發電機運行正常后，可手動逐一解禁油泵。

（5）方式選擇

柴油發電機帶廠用電轉為由廠變帶廠用電時，由于1、2號廠變不一定全部具備投運條件，程序需要進行自動選擇，第1種：1號廠變高壓側有電源，2號廠變高壓側無電源時，需要將廠用電倒為1號廠變帶全廠廠用電的運行方式；第2種：1、2號廠變高壓側都有電源時，需要將廠用電倒為1、2號廠變分段帶Ⅰ、Ⅱ段廠用電的運行方式；第3種：1號廠變高壓側無電源，2號廠變高壓側有電源時，需要將廠用電倒為2號廠變帶全廠廠用電的運行方式；第4種：1、2號廠變高壓側均無電壓，操作人員誤執行程序時，程序需要退出，防止誤停電。因此，廠用電恢復為廠變帶廠用電時，程序執行初就要對6.3kVⅠ、Ⅱ段母線電壓進行判斷，確定廠用電的正確運行方式。

（6）程序

下坊水電站監控系統為開放分層分布式監控系統，由2個操作員站，1個工程師站，1個外部通信服務器和4個LCU組成。通過分析，倒廠用電程序所監控和判斷的對象既包含發電機出口開關（機組LCU），6.3kV母線電壓和廠用電Ⅰ、Ⅱ段開關（公用LCU），又包含壩區Ⅲ段開關（壩區LCU），因此倒廠用電程序應安裝在電廠控制層。為確保程序的安全性，最后確定將主程序安裝在工程師站，操作界面安裝在操作員站，通過監控系統PGP中的API函數進行主程序與操作界面的聯系及數據共享。

3.3 程序流程

（1）柴油發電機帶廠用電負荷黑啟動流程

全廠失電需要保電或計劃用柴油發電機帶廠用電時，啟動該程序。

第1步：中控室啟動“柴油發電機帶廠用電負荷黑啟動”程序。

第2步：程序執行后檢查發電機出口開關的位置，判斷1、2號發電機是否在發電態，當有1臺或2臺機組在發電時，程序提醒流程是否繼續進行，如否則程序退出；如繼續執行時，則點擊按鈕繼續。

第3步：程序檢查柴油發電機出口433開關是否在分位，判斷柴油發電機是否在發電（防止誤啟動程序），如433開關在“合”位，表明柴油發電機已在發電態，則程序退出；如433開關在“分”位則流程繼續往下執行。

第4步：程序啟動柴油發電機，并監測柴油發電機電壓大于 380V。同時跳開 431、432、421、400 開關，并禁止啟動1、2號機組調速器1號、2號壓油泵。當所有條件滿足時則進行下一步。

第5步：程序合柴油發電機出口433開關，給壩區Ⅲ段和廠用電Ⅱ段供電（434、422開關在合位）。

第6步：程序判斷廠用電400VⅡ電壓大于380V后進行下一步。

第7步：程序分1號廠變低壓側411開關，當檢測411開關在分位后，進行下一步操作。

第8步：程序合400VⅠ、Ⅱ段聯絡開關400。

第9步：程序檢測廠用電400VⅠ段電壓大于380V時，則柴油發電機帶廠用電負荷黑啟動程序結束。

（2）柴油發電機帶廠用電轉為廠變帶廠用電流程

當6.3kV系統恢復供電，需要將柴油發電機停機用廠變帶廠用電時，中控室需要進行以下操作：

第1步：中控室啟動“柴油發電機帶廠用電轉正常廠用電”程序。

第2步：程序啟動后，程序檢測6.3kVⅠ、Ⅱ段電壓情況共4種（①6.3kVⅠ、Ⅱ段母線有壓；②6.3kVⅠ段母線有壓、Ⅱ段母線無壓；③6.3kVⅠ段母線無壓、Ⅱ段母線有壓；④6.3kVⅠ、Ⅱ段母線無壓）。程序按照檢測到的結果依照設定的倒廠用電步驟自動進行分合閘操作。

第3步：程序停柴油發電機。

第4步：程序解禁1、2機調速器1、2號壓油泵。

第5步：程序退出。

4 結語

下坊水電站廠用電自動化改造運用1年多以來，實踐證明其性能、安全、功能等方面都達到了設計目標，柴油發電機手動啟動帶廠用電操作需要10min，現只需要3min時間，實現了快速啟動柴油發電機帶廠用電，很好地解決了線路事故時保廠用電操作的難題，也解決了線路恢復送電時，需要人為操作保廠用電的復雜性，保證了全廠機電設備的正常運行，并提高了電廠的安全水平。