某水電站10 kV廠用電系統(tǒng)備自投邏輯優(yōu)化

李方玖

（向家壩水力發(fā)電廠，四川 宜賓 644612）

1 引言

備自投是一種對供電網絡提供不間斷供電的經濟而有效的技術措施。當工作電源因故障或其他原因消失后，備自投能夠將備用電源自動、迅速地投入工作。對水電站而言，廠用電及備自投裝置的可靠運行對整個電站及水利樞紐的安全至關重要。

但是，備自投裝置在運行中常常會遇到一些問題，如相鄰備自投之間的配合不當造成備自投誤動，備自投出口與開關閉鎖機構配合不當造成備自投動作失敗等問題[1-5]。本文針對備自投裝置在某水電站實際應用中出現(xiàn)的備自投動作和自恢復失敗的問題，進行了多工況試驗和波形時序分析，發(fā)現(xiàn)邏輯設計存在的缺陷，并提出了相應優(yōu)化方案。

2 水電站10 kV廠用電系統(tǒng)備自投簡介

某水電站10 kV系統(tǒng)備自投以相鄰兩段母線為一設計單元[1]。1號母線和2號母線構成一個備自投單元，兩段母線間設有聯(lián)絡開關，兩段母線正常情況下分母運行，都由各自廠變供電（以下簡稱主進線電源），互為第一備用電源(以下簡稱一備電源)；2號母線通過聯(lián)絡開關與站外電源連接，為第二備用電源(以下簡稱二備電源)。備自投邏輯動作順序：1號母線失電，由2號母線供電；2號母線失電，優(yōu)先由1號母線供電，其次由外部電源供電；全自動模式下，主進線電源電壓恢復后，自動恢復至主進線電源供電（以下簡稱自恢復）。對于電站其余母線，均采用同樣的主接線和邏輯設計原則。每段母線配置一套備自投裝置。

3 備自投運行過程中存在問題分析

該水電站自投運以來，10 kV備自投裝置在運行人員倒換廠用電操作時，出現(xiàn)過多次動作和自恢復不成功的情況。為此維護人員進行了相關試驗和數(shù)據(jù)分析。

3.1 備自投試驗

備自投裝置輸入輸出信號分為模擬量和開關量，模擬量包括母線三相電壓、進線電壓；開關量包括主進線開關位置，備用電源聯(lián)絡開關（以下簡稱母聯(lián)開關）位置，跳、合母聯(lián)開關開出信號，跳、合主進線開關開出信號，備自投功能選擇把手狀態(tài)等。

對所有的信號量進行監(jiān)測，存在一定的困難，且采集的數(shù)據(jù)會很繁雜，不利于數(shù)據(jù)記錄和分析。故在備自投一備試驗時，監(jiān)測母線三相電壓、主進線開關合位、母線開關合位、跳主進線開關開出信號、合母聯(lián)開關開出信號；在備自投自恢復試驗時，監(jiān)測母線三相電壓、主進線開關合位、母聯(lián)開關合位、合主進線開關開出信號、跳母聯(lián)開關開出信號。監(jiān)測儀器選用便攜式錄波器，母線三相電壓直接接入，其他開關量監(jiān)測其接點負端對地電壓變化。

在設備驗收和年度檢修中，備自投試驗都是在母線空載的運行方式下進行，備自投裝置均能正確動作，但在母線帶負荷運行方式下卻屢屢出現(xiàn)動作不成功的情況。針對這一問題，本次試驗在以往母線空載試驗的基礎上，增加母線帶負荷的備自投試驗，盡可能的監(jiān)測真實運行方式下相關信號量的變化，并查找不同運行方式下電氣量變化的差異。從試驗波形圖可見，不同運行方式下母線電壓的衰減存在很大的差異。如表1所示，母線帶負荷運行方式下失壓，電壓值衰減速度較緩慢。注：基準時間點為母線失壓開始時間點，下同

表1 母線不同運行方式下電壓衰減時間td

3.2 備自投備投失敗分析

備自投備投邏輯原理圖如圖1所示，邏輯功能的啟動需滿足：①采用開關的工作、試驗位及分、合狀態(tài)來確定當前供電方式，采用下降沿延時t1來限制備自投的執(zhí)行時間，t1定值為1 s；②備投條件滿足，即備用電源具備供電條件；③設置了負序電壓、空開跳閘、母線保護動作閉鎖備自投[6]，以保證備自投僅在母線非故障失電情況下動作；④母線電壓由有壓至失壓才開放備投，且其開放時間可由有壓信號下降沿延時時間t2控制，t2定值為2 s，并通過上升沿延時t3防止系統(tǒng)震蕩的干擾，t3定值為500 ms。邏輯原理圖中低電壓保護啟動定值整定為25%額定電壓，合母聯(lián)開關上升沿延時t4定值為200 ms，確保一次機構滿足合閘條件。

圖1 備自投備投簡化邏輯原理圖

通過對邏輯原理圖進行時序分析，得到表2所示的理論數(shù)據(jù)基本和錄波所得數(shù)據(jù)吻合。當?shù)碗妷憾ㄖ嫡?5%額定電壓時，在空載運行方式下，t5理論值明顯大于0 ms，所以備自投能正確動作；在帶負荷運行方式下，t5理論值已為負數(shù)，無跳令開出，所以備自投動作失敗。隨低電壓定值的提高，t5理論值也隨之增大，備自投動作成功率也隨之提升。

通過以上試驗分析，得出在邏輯延時定值一定的情況下，母線電壓衰減時間td的大小直接決定t5的大小，關系到備自投的動作正確性。試驗發(fā)現(xiàn)td隨母線所帶負荷的增大而增加，母線所帶負荷越大，電壓衰減越慢。

表2 母線不同運行方式下備自投邏輯發(fā)出跳令延時t5（理論值）

3.3 備自投自恢復失敗分析

備自投自恢復邏輯原理圖相對較簡單，邏輯功能的啟動條件：①備自投模式把手在全自動位置；②母線自恢復條件滿足，即主進線滿足供電條件；③無故障閉鎖信號；④相關開關滿足送電條件，備用電源斷路器合位下降沿延時t6控制備自投自恢復邏輯運行時間，t6定值為2 s。

圖2 備自投自恢復簡化邏輯原理圖

母線帶負荷運行方式下波形顯示，從備用電源開關（母聯(lián)開關）斷開到合主進線開關開出信號發(fā)出，時差為205 ms，符合邏輯設計延時t7定值200 ms，但合主進線開關開出信號發(fā)出時刻母線電壓仍有38 V，主進線開關合閘閉鎖繼電器尚未動作，繼電器檢無壓定值為14.4 V（25%額定電壓），一次機構合閘閉鎖尚未解除。根據(jù)開關一次機構設計原理，開關接收合閘令先于合閘閉鎖解除，將導致開關不能合閘。備用電源開關（母聯(lián)開關）斷開到合主進線開關開出信號發(fā)出，時差為983 ms，再加上主進線開關操作機構動作延時，已達到報“備自投恢復失敗總信號”的延時t8定值1 s，備自投邏輯又重新開始，且合主進線開關開出信號發(fā)出時刻母線電壓已衰減至0 V，合閘閉鎖解除，備自投自恢復經歷了兩次合閘后成功。由于受t6時限的限制，備自投自恢復運行的時間只有2 s，所以邏輯重復開始次數(shù)是有限的，加之多次循環(huán)可能導致備自投裝置卡死，從而導致備自投自恢復失敗。

母線空載運行方式下波形與母線帶負荷運行方式下波形存在很大差異。從母聯(lián)開關斷開到開出合主進線開關命令，時差為220 ms，符合邏輯設計延時t7定值，且此時母線電壓已衰減至0 V，一次機構合閘閉鎖解除，備自投自恢復成功。

兩種運行方式下波形對比分析，備自投自恢復的成敗依然受母線電壓衰減時間td的影響。備自投自恢復失敗的主要原因是td時間過長造成一次機構合閘閉鎖解除晚于合閘令開出。

4 備自投邏輯優(yōu)化方案

母線電壓衰減時間td是受運行方式決定的，有一定隨機性，但通過以上試驗分析結果,對備自投進行一定優(yōu)化，可應對衰減時間過長對備自投動作的限制。

備自投備投失敗優(yōu)化方案：①提高“當前供電電源開關合閘狀態(tài)”下降沿延時t1定值；②提高低電壓保護啟動定值，但不宜超過40%，防止電壓波動造成備自投誤動作。

備自投自恢復失敗優(yōu)化方案：①提高“合主進線開關”開出上升沿延時t7定值；②在合主進線開關與邏輯門前增加母線無壓判據(jù)。

考慮到優(yōu)化方案的可行性以及改動最小的原則，備自投優(yōu)化方案采用：①調整“當前供電電源開關合閘狀態(tài)”下降沿延時t1定值為2 s（原為1 s），給予備自投充足的時間避開衰減時間td；②調整“合主進線開關”開出上升沿延時t7定值為800 ms（原為200 ms），確保合閘閉鎖解除后再開出合閘令。

5 備自投邏輯優(yōu)化后運行情況

自備自投邏輯優(yōu)化方案實施以來，該水電站備自投裝置運行狀況良好：

（1）在一次出線故障時，全廠備自投裝置均正確動作，避免了全廠停電的事故；

（2）運行人員利用備自投裝置倒換廠用電時，動作正確可靠，成功率達到100%；

（3）運行中出現(xiàn)的問題得到了根本性解決，避免了不必要的停電，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

6 結語

水電站“無人值班(少人值守)”的管理機制已成為趨勢，這對廠用電系統(tǒng)備自投的要求也將更加嚴格。結合水電站的實際情況，通過試驗分析，解決了備自投設計缺陷所帶來的問題，為系統(tǒng)安全穩(wěn)定可靠運行提供保障。

此外，只有模擬、還原備自投裝置的真實運行工況，才能更好地發(fā)現(xiàn)并解決不同運行工況下備自投存在的問題，這對其他電站備自投裝置的設計和維護有一定的借鑒作用。