600 MW混流式水電機組保自用電措施探討

胡金平

（云南華電梨園公司，云南 麗江674100）

0 前言

梨園水電站位于云南省麗江市玉龍縣（右岸）與迪慶州香格里拉縣（左岸）交界的金沙江中游河段，是金沙江中游河段一庫八級的第3級，上游與兩家人水電站相銜接，下游為阿海水電站。電站裝機容量2400MW，單機600MW，共4臺；機組采用福伊特公司的HLV186-LJ-815立軸金屬蝸殼混流式水輪機[1]和阿爾斯通公司的SF600-64/16880三相、立軸半傘式、密閉自循環空冷、同步發電機[2]。主接線為3/2接線方式，兩回出線分別送至金官換流站、阿海水電站（阿海水電站再經2回線路送至金官換流站），金官換流站交流側通過太金雙線與云南電網連接，直流側經金中直流與廣西桂中換流站連接。

水電廠廠用電系統若供電可靠性差，發生全廠交流系統失電可能導致發電機組與電網解列，廠房動力設備失電，處理不及時或不正確有可能造成事故擴大，發電機組主、輔設備損壞或全廠停電[3]。機組自用電是指與機組運行直接有關的廠用負荷用電，包括機組高壓油頂起裝置油泵、水導軸承外循環油泵等，梨園水電站機組自用電一旦消失，就可能造成機組推力軸承瓦、水導軸承瓦燒壞事故。

1 廠用電正常運行方式

1.1 廠用電接線方式

如圖1所示，梨園水電站廠用電采用10kV和400V兩級電壓供電[4]，10kV供電系統分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5段，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段相鄰段之間設有一個聯絡斷路器，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段與Ⅴ段之間均設有兩個聯絡斷路器。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段電源分別取自與主變1B、2B、3B、4B 低壓側直接相連的廠高變 11B、12B、13B、14B，Ⅴ段電源取自電站10kV外來電源（施工變電站）。400V廠用電母線均分為A、B兩段，每段電源取自對應的10kV廠用電系統（如廠低變21B電源取自10kV斷路器0021）。

1.2 廠用電備用電源自投裝置

梨園水電站10kV廠用電備用電源自投裝置只有4種備自投方式，分別適用于4種運行方式。即：①10kV廠用電Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段母線分段運行，由廠高變供電；②Ⅰ、Ⅱ段聯絡運行，Ⅲ、Ⅳ段聯絡運行，由廠高變供電；③兩段母線聯絡運行，另兩段母線分段運行，由廠高變供電；④10kV廠用電Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段母線分段運行由廠高變供電，且Ⅴ段帶電運行。不屬于上述4種運行方式時，則10kV備自投功能失效。

400V廠用電備用電源自投裝置采用國電南自公司PSP691U（A）備自投裝置[5]，裝置有且僅有1種備自投方式，即母聯自投方式：A、B段分段運行，2臺廠低變各帶1段母線運行，當某一進線電源故障或因其他原因被斷開（手跳除外），母聯開關自動合閘，轉為A、B段聯絡運行，且只動作1次。

圖1 梨園水電站10kV廠用電及400V自用電接線簡圖

1.3 廠用電正常運行方式

正常情況下，10kV廠用電Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段獨立運行，相鄰段母線互為備用；10kV廠用電Ⅴ段處于明備用狀態，帶電空載運行；柴油發電機組1CF作為電站的保安電源，處于冷備用狀態；10kV備自投裝置正常投入。400V廠用電A、B段分段運行，A、B兩段電源互為備用；400V備自投裝置正常投入。

2 機組自用電消失風險辨識及預控

2.1 機組自用電消失的后果辨識

2.1.1 水導軸承燒瓦風險

梨園水電站機組水導軸承由水導瓦、上油箱、下油箱、油循環冷卻系統及自動化元件部件等組成[6]。16塊水導瓦均勻布置于水導上油箱內。機組運行時，水導上油箱內的潤滑油小部分順著油封環與大軸間的間隙漏至下油箱，大部分漫過溢流板經回油孔回到下油箱，再經外循環油泵通過均布在軸承座內側的16根油管對大軸進行噴射冷卻，回到上油箱。若機組自用電突然消失，水導外循環油泵停運，上油箱的油順著油封環與大軸間的間隙漏至下油箱，上油箱油位降低，油失去換熱冷卻，水導瓦瓦溫將會迅速上升，由于梨園水電站未投入機組瓦溫和振擺保護（擔心其誤動），短時間內就很有可能燒壞水導瓦；水導瓦燒壞后，振擺失控，則可能釀成更大事故。

2.1.2 推力軸承燒瓦風險

梨園水電站機組推力軸承為雙層烏金瓦、小彈性支柱簇支撐。配有高壓油頂起裝置，用于機組在啟動和停機過程中轉速小于95%Ne時給推力軸承瓦面注入高壓油以保護瓦面，保證機組的安全運行[7]。若機組在開、停機過程中，自用電突然消失，推力高頂油泵停運，則可能燒壞推力瓦。

2.2 機組自用電消失的原因辨識及預控措施

2.2.1 GIS失電導致全廠廠用電消失風險分析及預控措施

正常情況下GIS帶全廠廠用電運行，GIS失電時，會導致廠用電消失、機組事故停機時無自用電，可能燒壞推力軸承瓦、水導軸承瓦。

（1）GIS失電可能原因分析

1）梨園至金官線路跳閘（包括梨金甲線、梨阿線+阿金雙線），梨園與金官換流站失去連接后，機組高頻保護動作停機。

2）金官換流站聯網低功率閉鎖功能投入時，若太金甲、乙線跳閘，孤島判別裝置檢測出金中直流由聯網轉孤島運行，且太金甲、乙線功率均低于50MW，此時孤島低功率閉鎖功能激活，如若金中直流運行雙極功率小于1100MW，則孤島低負荷閉鎖動作，直流雙極閉鎖，向梨園、阿海發送直流停運信號并下達全切令，梨園阿海機組全部解列。

3）孤島方式下，金中直流單極運行，單極運行功率高于孤島直流極閉鎖切機動作門檻值150MW，發生單極閉鎖故障時，金官穩控下達全切令，梨園阿海機組全部解列。

4）孤島方式下，金中直流雙極運行，雙極運行功率高于孤島直流極閉鎖切機動作門檻值150MW，發生雙極T1時間內相繼閉鎖故障時，金官穩控下達全切令，梨園阿海機組全部解列。

（2）運行方式薄弱時，需提前采取預控措施應對GIS失電

1）10kV廠用電Ⅴ段停電且500kV出線單線路運行時，將柴油發電機組啟動帶10kV廠用電Ⅰ段及Ⅱ段，且只供電至機組自用電A段，自用電B段由GIS供電；其他400V廠用電B段聯絡A段運行，由GIS供電；退出10kV及400V備自投裝置；切除運行機組筒閥3臺回油泵。同時，盡量減少10kV廠用電Ⅴ段停電、施工變電站停電的可能及時間。

2）10kV廠用電Ⅴ段停電且500kV雙線路運行時，將柴油發電機組轉熱備用且切至遠方自動模式；439斷路器處工作位置、遠方模式、二次空開合閘；0095、0091斷路器處工作位置、遠方模式、二次空開合閘。

3）10kV廠用電Ⅴ段運行，500kV單線路運行但線路伴有山火等惡劣天氣時，將Ⅴ段倒閘至聯絡Ⅲ、Ⅳ段運行。

4）10kV廠用電Ⅴ段運行，金中系統直流輸送功率低于1100MW時，加強廠用電Ⅴ段運行監視及巡檢，將柴油發電機組及相關斷路器轉至熱備用狀態。

5）孤島運行時，將Ⅴ段倒閘至聯絡Ⅲ、Ⅳ段運行，將柴油發電機組及相關斷路器轉至熱備用狀態，必要時，選取某臺機組與并網機組分廠運行，帶廠用電Ⅰ、Ⅱ段。

2.2.2 廠用電系統故障導致自用電消失風險分析

400V自用電母線聯絡運行時，400V母線至主變范圍內任一設備故障，都會導致機組自用電失電。

預控措施：減少400V機組自用電母線聯絡運行的可能和時間；400V母線必須聯絡運行時，減少對應機組開機的可能；400V母線聯絡運行，對應機組必須開機運行時，加強機組自用電母線及其對應主變、廠高變、10kV母線、廠低變的巡檢、監視。

2.2.3 誤操作導致自用電消失風險分析

400V自用電母線倒閘時，誤操作可能導致自用電雙段母線失電。

預控措施：盡量不要在機組運行時進行運行機組自用電相關的廠用電倒閘操作，必須進行倒閘操作時，禁止自用電兩段母線同時失電，禁止單段母線長時間停電，需要對某段母線斷電前，先確保另一段母線獨立運行正常。

3 機組自用電消失應急處置措施

3.1 全廠機組事故停機所需用電功率分析

從設計上考慮，只要調速器和筒閥油位油壓正常，即使油泵不啟動，也可以滿足導葉或筒閥動水從全開至全關；制動氣空壓機即使不啟動，也能滿足4臺機事故停機時機械制動的用氣量。但是，正常情況下，單臺機組停機時，需要持續性用電功率約130kW（高頂油泵45kW、推力外循環油泵55kW、水導外循環油泵7.5kW，發電機輔助設備20kW），需要間斷性用電功率約430kW（筒閥兩臺油泵同時運行320kW、調速器油泵110kW）。上述電機同時啟動則需要約560kW，而柴油機額定功率只有1500kW、連續1h過負荷能力為1650kW（110%），正常情況下柴油發電機組只能保證兩臺機組停機用電功率需求。

實際上，筒閥一臺油泵即可滿足機組正常運行及停機需求，且筒閥油罐油壓下降緩慢、油泵約1d才啟動一臺次，因此，極端情況下，若出現V段停電、3臺或4臺機組運行工況時，為滿足柴油發電機帶自用電運行后停機用電功率需求，應切除運行機組筒閥3臺油泵，保留1臺筒閥油泵投入。那么全廠失電時，單臺機組用電需求減少為400kW，柴油發電機過負荷110%運行時能滿足4臺機停機用電功率需求。

3.2 保自用電應急處理基本原則

快速恢復機組自用電，保障機組停機過程中不燒壞水導瓦及推力瓦是重中之重。因此，任何情況下都必須優先將廠用電送至機組自用電。黑啟動等待保自用電正常后再考慮。

3.3 GIS失電導致自用電消失的應急處理措施

3.3.1 10kV 廠用電Ⅴ段運行

GIS失電導致廠用電消失時，迅速檢查10kV廠用電備自投裝置正確動作，否則檢查或斷開Ⅲ、Ⅳ段進線及聯絡斷路器，分別合上Ⅴ段至Ⅲ、Ⅳ段間的聯絡斷路器0305、0405，直接將Ⅴ段倒閘送電至Ⅲ、Ⅳ段，檢查機組自用電運行正常，并檢查水導油泵及高頂油泵恢復運行正常，必要時，手動投入。后續再考慮送電至10kVⅠ、Ⅱ段及400V廠用電A段、黑啟動等。

3.3.2 10kV 廠用電Ⅴ段停電

GIS失電導致廠用電消失時，遠方快速啟動柴油發電機組，檢查或斷開Ⅰ、Ⅱ段所有進線、聯絡、饋線斷路器及 0095，合上 439、0091、0102，合上 0021、0025、0023、0027，只送電至 400V 自用電A段。

3.3.3 注意事項

（1）恢復過程中，做好機組停機流程監視，重點監視轉速可控、導葉15s內快速全關、筒閥開度正常，若有不可控過速風險時，可上位機落下筒閥或按下繼保室落門按鈕。

（2）事故處理人力不夠時，對領導及調度可先不做匯報及應答，全力保障機組自用電快速恢復。

4 結語

梨園水電站由于其機組的特殊性，機組自用電消失時，水導軸承瓦和推力軸承瓦燒壞風險高，運行人員應在不同薄弱的運行方式下預先采取對應的預控措施、準備好應急處理方案，并在班前會做好事故預想，模擬事故處理過程。自2014年投產以來，從未發生自用電消失事件，還快速處理過水導油泵跳閘、推力油泵跳閘等高風險事件，充分證明了機組自用電消失風險辨識和預控措施的可行性、可靠性。