孤網運行電站廠用電系統保障

喬 濤

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業部，云南 昆明650032）

1 加蓬大布巴哈水電站情況概述

加蓬大布巴哈水電站位于加蓬奧果韋河上，距離弗朗斯維爾（加蓬第三大城市）直線距離15 km，電站安裝4臺45.76 MW混流式水輪發電機組。電站主體工程有大壩、廠房、引水隧洞、調壓塔、進場公路；一條45 km 220 kV輸電線路與220/63 kV莫安達變電站連接，單獨向COMILOG錳礦廠供電；一條24 km的63 kV輸電線路與弗朗斯維爾擴建63 kV變電站連接，可向弗朗斯維爾供民用電。

同與弗朗斯維爾變電站連接的還有當地電力公司SEEG運行的小布巴哈水電站，該電站裝機容量為4×5.8 MW+2×11.6 MW，可在弗朗斯維爾變電站側與大布巴哈水電站并網，但該變電站由SEEG運行，其僅在小布巴哈水電站機組容量不能滿足弗朗斯維爾民用負荷時才手動合閘與大布巴哈水電站并網運行，2個電站之間無總調度指揮，因而小布巴哈水電站不能作為大布巴哈水電站廠用電的備用電源。

2 孤網運行的概念

孤網是獨立電網的簡稱，一般泛指脫離大電網的小容量電網。我國規定電網中單機容量一般應小于電網總容量的8%，以保證當該機組發生甩負荷時，不影響電網的正常運行。如果電網中的機組調速系統都正常投入，一旦失去小于電網總容量8%的1臺機組，電網失去的功率可以暫時由網中其他機組承擔，保證電網頻率下降不超過0.2 Hz，轉速下降不超過12 r/min，對供電質量的影響仍在運行規程規定范圍內。因此，一般情況下，稱最大單機容量小于電網總容量8%的電網為大電網，反之稱為小網，孤立運行的小網稱為孤網。

大布巴哈水電站單機容量為45.76 MW，在與小布巴哈水電站并網運行時，大布巴哈水電站單機容量約占系統容量的20%，屬于小網運行。由于小布巴哈水電站僅在其容量不滿足弗朗斯維爾民用電負荷時才通過弗朗斯維爾變電站聯絡斷路器合閘與大布巴哈水電站并網運行，其余大部分時間大布巴哈水電站獨立運行向COMILOG錳礦廠供電，單機容量占系統容量的25%，形成典型的孤網運行。

3 孤網運行電站廠用電系統特點

通常在大電網運行的電站，高、低壓廠用電系統均配置有兩段以上母線運行，供電模式主要有：①電站發電機組供電；②電網電源通過主變反送供電；③通過啟動備用柴油發電機組供電。

孤網運行電站，無電網電源作為廠用電系統的備用電源。事故停機時，需運維人員啟動柴油發電機恢復廠用電，大大降低了廠用電系統的可靠性。造成事故停機后供電中斷時間較長，嚴重影響供電質量。

4 大布巴哈水電站廠用電系統概述

4.1 大布巴哈水電站廠用電系統配置

大布巴哈水電站廠用電系統設計有2臺10.5/0.4 kV廠用變壓器，1～2號發電機組供1號廠用變壓器TL12，3～4號發電機組供2號廠用變壓器TL34，每臺變壓器10 kV側的兩個斷路器（TL12-CB11、TL12-CB12；TL34-CB11、TL34-CB12）配 置有RCS-9651C-EN備自投裝置，經現場試驗，邏輯正確、動作可靠，實現了第一級備自投功能。

400 V母線側低壓配電柜配置有第二級備自投裝置，控制 TL12-CB2、AB-CB2、TL34-CB2，切換1～2號廠用變及A、B段母線的運行狀態。A段母線配置有2臺800 kW的柴油發電機組GE1、GE2作為備用電源。

廠用電的主要負荷均從400 V母線A、B段分別取電，柜內配置有主、備電源自動切換裝置，實現第三級備自投功能。

大布巴哈電站廠用電系統圖見圖1。

圖1 大布巴哈電站廠用電系統圖

4.2 大布巴哈水電站廠用電系統存在問題

（1）由于廠用電均由各臺發電機組提供，而長期的運行經驗表明，孤立電網負荷波動較大，事故信號時常觸發多臺運行發電機組同時事故停機。若出現運行發電機組同時跳GCB事故停機，因孤網運行電站無電網電源作為廠用電系統的備用電源，所以現有備自投系統并不能保障廠用電系統不失電。

（2）現有廠用電備自投系統不具備自啟動備用柴油發電機的功能，廠用電失電后需運行人員先人工完成倒閘操作，再到柴油機房（距電站中控室較遠）啟動柴油發電機組向廠用電供電，之后才能啟動水輪發電機組，恢復對電網的供電。熟練運行人員完成該套操作約需30 min，操作設備較多，有一定的安全風險。而且主要供電用戶COMILOG錳礦廠不允許出現長時間的停電事故，在其生產過程中出現長時間停電將對生產產品質量造成較大影響。

5 孤網運行電站廠用電系統的改進

大布巴哈水電站針對投運后發現的上述問題進行了試驗驗證及相關負荷計算，對廠用電系統進行了以下改進措施。

5.1 備自投裝置改進

對現有第二級（400 V母線側）備自投系統進行改進，使其邏輯功能符合孤網運行電站的需要。通過與柴油發電機廠家溝通，并于現場測試柴油發電機具備遠程啟動的功能。遠方啟動信號閉合后延時2 s啟動柴油機，從啟動柴油機到電壓穩定400 V為34 s，遠方啟動信號閉合到電壓正常共計36 s。遠方啟動信號消失后，延時92 s柴油機停止工作。36 s的啟動時間可以滿足運行中的機組不會由于輔機系統中斷事故停機。因而可以將柴油發電機作為可以自動投入的備用電源。改進后的400 V廠用電備自投系統邏輯見圖2。

圖2 400 V廠用電備自投系統邏輯圖

（1）正常運行工況期間，當2號廠用變壓器故障時，PT02電壓消失，PT01電壓正常，斷開2號廠變低壓側斷路器2 ZKK（TL34-CB2），延時T4合上AB段與B段聯絡斷路器4 ZKK（AB-CB2），由1號廠變帶全廠運行，流程A-1。

（2）1 號廠變帶全廠運行期間，1 ZKK（TL12-CB2）合閘，PT01有電壓，當2號廠變故障恢復（PT02）且電壓恢復后，斷開AB段與B段聯絡斷路器4 ZKK（AB-CB2），延時 T2 合上 2 ZKK（TL34-CB2），恢復正常運行工況，流程A-2。

（3）1號廠變帶全廠運行期間，1 ZKK（TL12-CB2）合閘，PT01有電壓，當1號廠變故障時，PT01、PT02電源消失全廠失電，斷開1～2號廠變低壓側斷路器 1 ZKK（TL12-CB2）和 2 ZKK（TL34-CB2），延時T4合上AB段與B段聯絡斷路器4 ZKK（AB-CB2），備自投開出柴油發電機啟動信號DO5（或DO6），啟動1號（或2號）柴油發電機組，當PT03（或PT04）電壓大于 95% Ue（380 V）后，合 5 ZKK（G1-CB）（或6 ZKK），用一臺柴油發電機對全廠供電，流程A-3。

（4）一臺柴油發電機對全廠供電期間，5 ZKK（G1-CB）（或 6 ZKK）合閘，PT03（或 PT04）有電壓（U≥380 V），當1號廠變故障恢復（PT01）且電壓恢復后，斷開 5 ZKK（G1-CB）（或 6 ZKK），斷開備自投柴油機啟動信號DO5（或DO6），延時T1合上1 ZKK（TL12-CB2）、延時 T4 合上母聯 4 ZKK（AB-CB2），由1號廠變帶全廠供電，流程A-4。

（5）流程 B-1、B-2、B-3、B-4 與 A-1、A-2、A-3、A-4類似，不再詳述。

（6）正常運行工況期間：1～2號廠變故障：PT01、PT02電源消失全廠失電，斷開1～2號廠變低壓側斷路器 1 ZKK（TL12-CB2）和 2 ZKK（TL34-CB2），延時T4合上母聯斷路器4 ZKK（AB-CB2），備自投開出柴油發電機啟動信號DO5（或DO6），啟動1號（或2號）柴油發電機組，當PT03（或PT04）電壓大于95% Ue（380 V）后，合 5 ZKK（G1-CB）（或 6 ZKK），用一臺柴油發電機對全廠供電，流程C。

（7）一臺柴油發電機對全廠供電期間，5 ZKK（G1-CB）（或 6 ZKK）合閘，PT03（或 PT04）有電壓（U≥380 V），當1號廠變和2號廠變故障同時恢復，PT01和PT02均有電壓（U≥380 V），斷開柴油發電機 5 ZKK（G1-CB）（或 6 ZKK）和母聯 4 ZKK（AB-CB2）開關，斷開備自投柴油機啟動信號DO5（或DO6），延時 T1 合上 1 ZKK（TL12-CB2），延時 T2 合上 2 ZKK（TL34-CB2），恢復正常運行工況，流程D。

兩臺柴油發電機組GE1、GE2互為主、備用，配置主備用切換開關SA，可在停機態時，由運維人員進行兩臺柴油發電機之間的切換，并將主用柴油發電機組設置情況反饋至備自投系統，確保備自投控制正確。

兩臺柴油發電機組與1～2號廠變低壓側斷路器5 ZKK（G1-CB）、6 ZKK（G2-CB）與1 ZKK（TL12-CB2）、2 ZKK（TL34-CB2）之間必須有可靠的電氣閉鎖，防止1～2號廠用變供電時柴油發電機組誤投入，非同期合閘造成設備短路事故。

2 臺柴油發電機組 5 ZKK（GE1-CB）、6 ZKK（GE2-CB）之間必須有可靠的電氣閉鎖，防止誤將兩臺柴油發電機同時投運，非同期并網造成設備短路事故。

運維人員需定期維護檢查柴油發電機組，確保主用設備正常。以保障400 V廠用電A、B段同時失電時，備自投可以啟動柴油發電機投入供電。

5.2 增設失壓脫扣裝置

大布巴哈水電站內將負荷種類分為3類：

（1）Ⅰ類負荷：直接影響機組安全運行的負荷，照明負荷；

（2）Ⅱ類負荷：通風、消防、檢修滲漏排水、空壓機等電站公用系統；

（3）Ⅲ類負荷：除Ⅰ、Ⅱ以外的其他負荷。

一臺柴油發電機的容量為800 kW，經現場統計A、B段母線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類負荷合計約有1 500 kW＞800 kW，柴油發電機不足以支持其正常運行。而一臺水輪發電機組安全運行需要的Ⅰ類負荷僅為212 kW＜800 kW，柴油發電機可以支持其正常運行。

大布巴哈電站在Ⅱ、Ⅲ類負荷開關前端增設失壓脫扣裝置，并設置動作延時為3 s。第一級10 kV側備自投動作切換供電的時間約為0.3 s，第二級備自投在1、2號廠用變壓器不同供電方式下切換時間約為0.6 s。因而僅在A、B段母線同時失電，備自投啟動柴油發電機供電時失壓脫扣裝置才會動作，切除Ⅱ、Ⅲ類負荷。在水輪發電機組正常啟動，廠用電恢復正常運行工況后再由運行人員手動恢復Ⅱ、Ⅲ類負荷的供電。同時為確保泄水系統閘門在失電情況下可操作，按《水利水電工程鋼閘門設計規范》要求增加“無動力液控應急操作裝置”即可在無電源情況下開關閘門。

6 結語

孤網運行電站的廠用電系統無電網電源的支持，造成其運行可靠性大大降低。因而大布巴哈電站在運行實踐中進行改進，將柴油發電機組作為自啟動的備用電源投入運行。提高了廠用電系統的可靠性，并且大大減少了出現事故后的恢復時間，避免用戶側出現長時間停電事故，提高了供電質量及電網運行的穩定性。