水電站技術(shù)供水的雙電源切換裝置分析

侯坤 李均 卿啟維

摘 要：水電站技術(shù)供水是保證水輪發(fā)電機(jī)各部軸承降溫的重要手段。傳統(tǒng)技術(shù)供水電源系統(tǒng)由兩段電源供應(yīng)兩臺(tái)技術(shù)供水泵進(jìn)行輪換。本文對(duì)水電站技術(shù)供水雙電源切換裝置可靠性進(jìn)行研究，客觀分析3種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，以便其更好地應(yīng)用于水電站。

關(guān)鍵詞：技術(shù)供水;雙電源切換;供水電源

中圖分類號(hào)：TM564 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）23-0133-03

Abstract： Technical water supply of hydropower station is an important means to ensure the cooling of each part of the hydro-generator. The traditional technical water supply power system uses two-stage power supply to supply two technical water supply pumps for rotation. This article studies the dual power supply switching device for technical water supply of hydropower station ， Objectively analyze the advantages and disadvantages of the three options for better application in hydropower stations.

Keywords： technical engineering water;dual power supply switching;power of water supply

水電站技術(shù)供水系統(tǒng)[1]的主要對(duì)象是各種機(jī)電運(yùn)行設(shè)備，有發(fā)電機(jī)空氣冷卻器、發(fā)電機(jī)推力軸承及導(dǎo)軸承油冷卻器、水輪機(jī)導(dǎo)軸承及主軸密封、水冷式變壓器以及水冷式空氣壓縮機(jī)等。它的主要作用是對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行冷卻，有時(shí)也用來(lái)進(jìn)行潤(rùn)滑（如水輪機(jī)橡膠瓦導(dǎo)軸承）和水壓操作（如高水頭電站主閥）。

水電站技術(shù)供水系統(tǒng)的電源供電可靠性關(guān)系到機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，是保證水電站的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不可缺少的重要組成部分。目前，水電站普遍采用兩段電源供應(yīng)主備兩臺(tái)技術(shù)供水泵進(jìn)行輪換，可以在一定程度上保證供電可靠性，但仍存在薄弱環(huán)節(jié)。對(duì)技術(shù)供水電源系統(tǒng)進(jìn)行改造，最終實(shí)現(xiàn)發(fā)生不對(duì)稱電源故障時(shí)仍舊可以可靠供電的目的。

1. 水電站技術(shù)供水系統(tǒng)概述

1.1 技術(shù)供水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

水電站機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)采用水泵單元二次循環(huán)供水方式。供水對(duì)象包括發(fā)電機(jī)空氣冷卻器和前后徑向軸承冷卻器的冷卻水。水泵于循環(huán)供水池取水，至尾水冷卻器冷卻后供給機(jī)組各冷卻器。采取單元供水，每個(gè)單元一臺(tái)主供水泵，一臺(tái)備用供水泵，且主備泵之間設(shè)置有聯(lián)絡(luò)管。

1.2 技術(shù)供水電源系統(tǒng)

傳統(tǒng)水電站技術(shù)供水電源系統(tǒng)由廠用電400 V Ⅰ段供應(yīng)主用水泵，由廠用電400 V Ⅱ段供應(yīng)備用水泵，如圖1所示。分段供電技術(shù)供水使水泵供電可靠性有所保障，但也存在一定的安全隱患。當(dāng)出現(xiàn)單段電源故障與另一段供電水泵不對(duì)稱故障時(shí)，傳統(tǒng)技術(shù)供水電源系統(tǒng)將無(wú)法提供電源供應(yīng)，大大增加了機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)，因此要對(duì)技術(shù)供水雙電源切換裝置進(jìn)行分析。

2 水電站技術(shù)供水電源系統(tǒng)改進(jìn)建議

水電站技術(shù)供水電源系統(tǒng)存在的供電隱患共有3個(gè)方案可以解決，下面對(duì)每個(gè)方案進(jìn)行分析并給出相關(guān)建議。

2.1 采用雙段進(jìn)線開關(guān)供電

本方案可以最大限度地保證在原有線路不改變的情況下，只在1號(hào)泵動(dòng)力柜內(nèi)并接1號(hào)電源至2號(hào)泵動(dòng)力柜內(nèi)增加400 V Ⅰ段電源進(jìn)線開關(guān)電源，在2號(hào)泵動(dòng)力柜內(nèi)并接2號(hào)電源至1號(hào)泵動(dòng)力柜內(nèi)增加400 V Ⅱ段電源進(jìn)線開關(guān)電源，從而實(shí)現(xiàn)單臺(tái)泵兩段電源供電，具體線路見圖2。

本方案的優(yōu)點(diǎn)是最大限度地保留了原有設(shè)備不變化，新增兩套開關(guān)及線路完成兩套電源供電。但是，它的缺點(diǎn)是電源消失后人員需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作。人為操作要求較高，容易出現(xiàn)人為誤操作導(dǎo)致電源并列情況，難以保障供電安全。

2.2 采用雙接觸器開關(guān)供電

在原有接線基礎(chǔ)上加裝兩臺(tái)滿足容量要求的接觸器開關(guān)，400 V Ⅰ段接入1號(hào)水泵1號(hào)接觸器開關(guān)和2號(hào)水泵1號(hào)接觸器，400 V Ⅱ段接入1號(hào)水泵2號(hào)接觸器開關(guān)和2號(hào)水泵2號(hào)接觸器開關(guān)，1號(hào)水泵1號(hào)接觸器開關(guān)與1號(hào)水泵2號(hào)接觸器開關(guān)出線側(cè)并接后接入1號(hào)水泵軟啟動(dòng)供電，2號(hào)水泵1號(hào)接觸器開關(guān)與2號(hào)水泵2號(hào)接觸器開關(guān)出線側(cè)并接后接入2號(hào)水泵軟啟動(dòng)供電;1號(hào)水泵1號(hào)接觸器為主用接觸器，保持長(zhǎng)期帶電接通，2號(hào)水泵2號(hào)接觸器為主用接觸器，保持長(zhǎng)期帶電接通。當(dāng)出現(xiàn)電源故障時(shí)自動(dòng)進(jìn)行切換[2]，如圖3所示。

本方案的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了雙電源供電特點(diǎn)，改造成本較低，原理簡(jiǎn)單方便，電源故障發(fā)生時(shí)可以快速切換電源，從設(shè)備本體上排除了人員誤操作的可能性。它的缺點(diǎn)是主用接觸器長(zhǎng)期處于帶電接通狀態(tài)，接觸器接點(diǎn)老化加速，接觸器需要定期檢查更換，確保供電可靠性。

2.3 采用兩套雙電源切換裝置供電

選用兩臺(tái)雙電源切換裝置，分別給1號(hào)技術(shù)供水泵和2號(hào)技術(shù)供水泵供電。400 V Ⅰ段直接給1號(hào)雙電源切換裝置供電[3]，通過(guò)進(jìn)線開關(guān)給2號(hào)雙電源切換裝置供電。400 V Ⅱ段直接給2號(hào)雙電源切換裝置供電，通過(guò)進(jìn)線開關(guān)給1號(hào)雙電源切換裝置供電。接線原理如圖4所示。

本方案的優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性大大提高，不需要人為進(jìn)行干預(yù)，排除了誤操作可能，電源自動(dòng)切換，排除了供電真空期，故障情況下可更加快速準(zhǔn)確地進(jìn)行電源切換，以滿足特殊情況下兩臺(tái)水泵同時(shí)啟動(dòng)的要求。它的缺點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)成本較高，雙電源切換裝置出現(xiàn)故障后更換難度較大，維護(hù)較為不便。

2.4 采用單套雙電源切換裝置供電

選用一臺(tái)雙電源切換裝置，給1號(hào)技術(shù)供水泵和2號(hào)技術(shù)供水泵供電。400 VⅠ段與400 VⅡ段接入雙電源切換裝置進(jìn)線側(cè)，電源供電一主一備;1號(hào)技術(shù)供水泵軟啟動(dòng)進(jìn)線端和2號(hào)技術(shù)供水泵軟啟動(dòng)進(jìn)線端使用母排連接，雙電源切換裝置[4]出線端連接軟啟動(dòng)進(jìn)線母排保障了不對(duì)稱電源水泵故障時(shí)電源供電的可靠性。接線原理如圖5所示。

本方案的優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性較高，電源切換不需要人為進(jìn)行干預(yù)，相較于雙套電源切換裝置而言，經(jīng)濟(jì)成本適中，改動(dòng)最小。它的缺點(diǎn)是無(wú)法滿足特殊試驗(yàn)條件下兩臺(tái)技術(shù)供水泵同時(shí)啟動(dòng)，雙電源出線側(cè)母排發(fā)生接地或其他故障，將會(huì)導(dǎo)致兩臺(tái)技術(shù)供水泵均無(wú)法正常啟動(dòng)，風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)增多。此外，電源單段檢修時(shí)，停電措施較難完全隔離。

3 吉牛水電站技術(shù)供水雙電源改造情況

吉牛水電站位于四川省甘孜州丹巴縣革什扎河干流上，是革什扎河流域“一庫(kù)四級(jí)”水電開發(fā)方案中的最末一級(jí)，為低閘引水式電站，設(shè)計(jì)水頭為506 m，總裝機(jī)容量為240 MW，裝有2臺(tái)單機(jī)容量為120 MW的沖擊式六噴六折水輪發(fā)電機(jī)組，設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量為11.83億 kW·h，年利用小時(shí)數(shù)為4 929 h。該電站于2009年5月開工建設(shè)，2013年12月全面建成投產(chǎn)，在四川電網(wǎng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓以及事故備用任務(wù)。

吉牛水電站技術(shù)供水系統(tǒng)[5]按機(jī)組分為2個(gè)相同單元，每單元由2臺(tái)長(zhǎng)軸深井泵、技術(shù)供水池、2臺(tái)全自動(dòng)濾水器和電氣控制回路等組成。每臺(tái)機(jī)組1號(hào)、2號(hào)技術(shù)供水泵互為備用，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行中兩臺(tái)技術(shù)供水泵之間進(jìn)行切換時(shí)，要先停運(yùn)主用技術(shù)供水泵，再啟動(dòng)備用技術(shù)供水泵。

2013年投產(chǎn)后，吉牛水電站采用傳統(tǒng)供電方式，兩臺(tái)機(jī)組均采用技術(shù)供水系統(tǒng)，1號(hào)水泵由400 V廠用電Ⅰ段供應(yīng)，2號(hào)水泵由400 V廠用電Ⅱ段供應(yīng)，主備水泵輪換由技術(shù)供水可編程邏輯控制器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輪換。

2019年吉牛水電站機(jī)組檢修期間兩臺(tái)機(jī)組先后進(jìn)行了技術(shù)供電電源改造，均采用單套雙電源切換裝置供電方案。改造過(guò)程中，在最大限度保留原有控制柜內(nèi)設(shè)備布局的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)備新增及線路改造。整個(gè)項(xiàng)目成本適中，改動(dòng)較小，改造工期可控。改造完成后兩年的運(yùn)行檢驗(yàn)實(shí)踐顯示，它的供電可靠性獲得了提高，設(shè)備運(yùn)行正常。

4 結(jié)語(yǔ)

水電站技術(shù)供水雙電源切換裝置的使用將大大提高供電可靠性，減少因技術(shù)供水電源故障導(dǎo)致的機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)。根據(jù)已建成電站的地理位置、環(huán)境條件以及資金支持等因素選擇合適的供電方案[6]，將降低運(yùn)行人員操作復(fù)雜度，提高設(shè)備供電可靠性。新建電站可以聯(lián)系設(shè)計(jì)院從電站設(shè)計(jì)初就考慮雙電源供電方案，從而為后續(xù)運(yùn)行維護(hù)提供便利。

參考文獻(xiàn)：

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