天生橋一級水電站機組220V直流系統改造

王夢浩

（廣東能源集團天生橋一級水電開發有限責任公司水力發電廠，貴州 興義 562400）

1 工程概述

天生橋一級水電站廠級220 V直流系統接線方式為單母線分段，兩段母線間設有聯絡開關。正常運行時，兩段母線分段獨立運行，由1臺充電機承擔經常性負荷，同時向蓄電池補充充電，以補償電池的自放電；每段母線上均裝設一套微機絕緣監測儀，巡檢儀可以采集蓄電池組單節電池電壓、環境溫度，并將檢測到的數據初步處理后傳至集中監控器[1]。機組220 V直流系統采用對頂二極管設計，有兩路進線電源，分別從廠級220 V 直流系統Ⅰ段和Ⅱ段供給，機組的負荷通過對頂二極管聯絡運行。

2 改造背景

現有屏柜于2009年投運，存在以下問題需要解決：

（1）設備運行至今已有十余年時間，屏柜內電纜和開關均存在老化現象。

（2）屏柜內使用對頂二極管切換供電，不符合南方電網總調2012 年12 月24 日《電廠直流電源切換問題討論會議紀要》的要求，需要整改。

（3）屏柜內部沒有配備絕緣監測裝置，不便于直流接地查找。

（4）饋線開關分、合信號沒能送至全廠監控系統，不便于監視開關狀態。

為了保證機組220 V直流分配屏供電可靠及解決上述問題，故對其進行技術改造。

3 改造內容

3.1 接線方式更改

機組220 V直流系統新的接線方式采用單母線分段方式，分為兩段，Ⅰ段和Ⅱ段母線電源分別來自220 V直流系統1號饋線柜和2號饋線柜，進線開關分別為1 ZK 和2 ZK，兩段之間設置有聯絡開關12 ZK，取消對頂二極管切換供電的接線方式，正常運行時，兩段母線分段獨立運行，每段母線上分布22個饋線開關，兩段母線的負荷互不影響[2]。

3.2 增加集中監控功能

集中監控器裝于廠級220 V 直流充電柜內，負責對機組220 V直流系統各段母線的饋線進行監測和數據采集；接收監控中心計算機發送來的命令及參數，并將系統運行狀態及參數發送給監控中心計算機[3]。集中監控器作為直流屏內的智能管理單元，負責采集各功能單元輸入/輸出數據量、狀態量，并根據其本身程序控制各單元的運行狀態，同時將所得直流屏數據上傳至后臺（見圖1）。

監控系統采用串行總線結構、分散控制集中管理模式，直流系統中各功能單元均為具有CPU的智能化單元，均具有自診斷能力；單元與單元、單元與監控器之間全部是數字通訊且輸入輸出電氣全隔離；任何一單元故障時，不會影響其他單元的正常運行。先進的控制邏輯和通訊校驗算法，可確保在任何干擾環境下，都不會使系統產生誤動[4]。

圖1 集中監控器原理圖

3.3 增加微機絕緣監測裝置

絕緣監測儀主機檢測正負直流母線的對地電壓，通過對地電壓計算出正負母線對地絕緣電阻。當絕緣電阻低于設定的報警值時，自動啟動支路巡檢功能。

母線監測采用平衡電橋檢測法[5]，平衡電橋法是在絕緣監測儀主機內部設置2 個阻值相同的對地分壓電阻R1、R2，通過它們測得母線對地電壓V1、V2（見圖2）。

圖2 平衡電橋檢測原理圖

4 項目施工及管理

4.1 設備安裝

機組220 V直流系統改造涉及整個機組段所有的直流電源，涉及面比較廣，風險點主要是觸電風險，安全措施只需要斷開兩段220 V 直流系統進線開關和機組逆變電源盤內一路220 V 交流進線開關，就能保證屏內完全停電。

因機組220 V直流全部停電，改造施工期間，對于一些特殊負荷如主變冷卻器控制柜、空調控制柜僅有交流電供電，為避免控制柜交直流電源全失可能導致PLC 程序丟失的風險，主變冷卻器控制柜、空調控制柜交流電源開關不得斷開，盡量不做廠用電倒閘操作；對于LCU 現地控制柜、進水口事故閘控制柜、過速限制器及接力器鎖定控制箱、滅磁開關合閘電源、勵磁調節器柜、調速器電調柜、調速器機調柜、發電機滅火控制柜、發變組故障錄波屏、同期裝置柜、滅磁開關操作電源、調速器壓油裝置、制動器及推力軸承氣密封控制箱、勵磁電制動柜、機組在線監測柜等設備，對其是否供電不作要求。

根據《電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路接線施工及驗收規范》（GB50171-2012）的要求，要對電纜絕緣進行測試，要保護好電纜，使用好備用芯，盡量避免重新敷設電纜。要確保柜內布線美觀，保證直流正負極接線無誤，多股銅芯軟線需壓線鼻子等基本要求，電纜屏蔽層接地方式符合標準規范要求，電纜標牌及線芯號頭應清晰明了[6]。

4.2 設備調試

廠級220 V 直流系統的1 號饋線柜和1 號充電柜、1號充電柜和2號充電柜、2號充電柜和2號饋線柜之間通過計算機電纜連接，機組220 V直流屏與1號充電柜通過計算機電纜連接，通過RS485通訊將機組220 V直流屏的絕緣情況和饋線開關的狀態上傳到220 V直流系統的主機上。

在主機上對4 臺機組的地址進行定義，每臺機組對應唯一的一個地址，4 臺直流分屏地址依次設置為1、2、3、4，使之做到一一對應。對應地址后即可在主機上正確顯示直流分屏的饋線開關狀態。

對于直流屏的絕緣監測功能，在機組220 V 直流屏的兩端母線上，分別選取備用開關，在端子上接一個100 Ω的電阻，模擬直流系統故障信號，通過直流系統兩端母線的絕緣監測裝置的巡檢，找出故障點的位置，準確判斷出正負極。

5 改造后情況

完成一系列改造后，機組220 V 直流系統的供電更加可靠，相比之前主要體現在以下3個方面：

（1）母線的接線方式優化后，兩段母線分段運行，重要負荷在兩段母線上均有，相比對頂二極管設計，更加安全可靠，符合南方電網的要求。兩端母線互不干擾，也更有利于查找出接地故障。

（2）機組220 V 兩段母線均安裝了絕緣監測裝置，便于查找直流接地故障，一旦發生接地故障，監測裝置可準確判斷出故障點的位置，實現了“找得快、找的準”的功能。

（3）在直流饋線狀態監測裝置主機和監控系統上可清楚地看到每臺分機的饋線開關的狀態，饋線開關的分合閘狀態和脫扣狀態在監控系統上可準確地看到，方便了運行人員對設備的監視[7]。

6 總結

天生橋一級水電站機組220 V直流分配屏改造后運行正常，可靠性大大提高，各項功能均滿足了當前的使用要求，結構更加簡單，裝置故障率有了明顯下降。新的直流裝置還能幫助運行人員在故障時迅速判斷故障點，及時處理異常情況，也大大提高了整個220 V直流系統的供電可靠性和負荷設備正常運行的可靠性，解決了以往直流接地故障“找不到、找不準”的難題，也為其它水電站的直流系統改造提供一定的借鑒作用。