橋鞏水電站黑啟動電源設計

朱鴻儒

（中國能源建設集團廣西電力設計研究院有限公司，南寧 530007）

1 電站概述

橋鞏水電站是紅水河十個梯級水電站中的第九個梯級，上游距樂灘水電站75 km，下游距大藤峽水利樞紐175 km，電站離來賓市遷江鎮約1 km。

電站左岸廠房共設8 臺燈泡貫流機，單機容量57 MW，主接線為：發電機電壓接線采取兩機一變擴大單元接線，共4個擴大單元；右岸廠房設1臺燈泡貫流機，單機容量24 MW。電站以計算機監控系統為主，配置簡易的常規控制設備，運行方式為“無人值班”（少人值守）。

2 增設黑啟動電源的必要性

根據運行記錄，橋鞏水電站全部機組投產以來，出現過2次全部機組停運的情況。

若在全站機組停機期間，有電網大事故導致全網性失電的極端情況，會面臨電站廠用電全部消失的風險，此時溢流壩閘門啟閉機、廠房滲漏排水等重要負荷供電中斷，從而造成水漫溢流壩閘門、水浸廠房的嚴重事故。如果增設柴油機黑啟動電源，一方面可以供給本電站必要的廠用電；另一方面局域網失電時，可通過橋鞏水電站安全、快速啟動1～2臺水輪機組，恢復區域電網供電，最終恢復整個供電系統。因此，黑啟動電源對于電站自身安全、對于工程區域電網的可靠運行，具有十分重要的意義。

3 柴油發電機組配置方案

3.1 用電負荷統計分析

根據電站的運行要求，新增柴油機的容量要求在滿足泄水閘單孔閘門啟閉、廠房滲漏排水、必要的全廠用公用負荷及直流系統負荷等重要負荷同時工作的情況下，還能滿足1～2臺機組自用電負荷要求，能夠同時啟動1～2臺機組。

3.2 柴油發電機容量選擇

本工程在滿足重要負荷同時工作的情況下，同時啟動1臺機組時，總用電負荷達到1 473.2 kW，同時啟動2臺機組時，總用電負荷達到1 683.3 kW，同時啟動3臺機組時，總用電負荷達到1 998.45 kW。建議采用容量為1500、1700或2000 kW的柴油發電機。

由于本工程用電負荷分部廣、容量大，新增的柴油機組需接入高壓廠用電系統才能保障目前黑啟動工況下所有用電負荷的需求，因此采用機端電壓為10.5 kV的柴油發電機。

3.3 方案比選

根據上述情況，本工程新增柴油發電機組初步擬定以下兩個方案進行技術經濟比較。方案一：新增1 臺1800 kW，10.5 kV 柴油發電機組；方案二：新增2臺1000 kW，10.5 kV柴油發電機組。

3.3.1 技術比較

（1）方案一：①單臺柴油發電機組，接線方式簡單；②控制及監控保護系統均只需配置單套，復雜程度較低；③啟動程序簡捷，反應迅速；④新增設備較少，利于后期運行維護；⑤單臺柴油發電機組如發生故障，黑啟動無法進行。

（2）方案二：①兩臺柴油發電機組，接線方式較復雜；②控制及監控保護系統需配置兩臺套，復雜程度較高；③涉及雙機同期并列問題，啟動程序較復雜，啟動速度較慢；④新增設備較多，后期運行維護工作量較大；⑤兩臺柴油發電機組，其中1臺故障時，另1臺能繼續帶部分負荷啟動。

3.3.2 方案選擇

由上可知，雖然單臺1800 kW 柴油發電機組要遠高于1000 kW，但因方案二需要配套兩臺機組，使得機組整體投資及土建投資均高于方案一，經濟可行性差。

從機組運行特性考慮，方案二較方案一多1 臺柴油發電機組，雖然在設備配置上可靠性略高，但同時也存在兩臺柴油發電機組同期并列的問題，柴油發電機組的啟動程序要復雜、啟動速度慢，不利于黑啟動的快速響應。而且方案二設備較多，后期運行維護工作量也較大。因此采用方案一，即增加1臺1800 kW、10.5 kV柴油發電機組。

3.4 柴油發電機布置及接入方案

由于本工程新增柴油發電機容量較大，電站原地方電網外來的35 kV 備用電源現已經停運，新增的柴油發電機可以替換接入10.5 kV 廠用I 段及IV段母線，接線方案見圖1。

圖1 橋鞏水電站新增柴油發電機組黑啟動電源接線示意圖

4 柴油發電機組的控制與保護

4.1 自動控制系統

本工程新安裝10.5 kV 柴油發電機組1 臺接入施工變電站現有10.5 kV 母線，作為電站黑啟動及應急電源。電站正常運行時，廠用10.5 kV I 段或10.5 kV IV 段送電至施工變10.5 kV母線，作為站用電及近區負荷備用電源。施工變電站內的柴油機組、10.5 kV配電設備及直流電源設備等附屬設施接受水電站計算機監控系統的全面監控，執行電站黑啟動廠用電恢復流程。

施工變電站目前采用的綜合自動化系統實現保護、控制、通信、測量、信號等功能，繼續保留利用，10.5 kV配電設備采用現柜內保護測控裝置進行保護測控，新建的柴油機組由現站內綜合測控單元進行送出信號采集及啟停控制，其保護裝置接入現綜合自動化系統網絡。另在施工變電站綜合自動化系統站控層增設1臺通信工作站，通過光纖接入橋鞏水電站廠用電LCU B柜串口服務器，實現橋鞏水電站對施工變電站相關數據采集及操作命令傳送。

柴油機組配套機組控制保護柜，完成采油機機組狀態檢測及啟/停控制（含遠程控制）、電壓/頻率調節、并網控制等功能。

4.2 繼電保護及自動裝置

新裝設的柴油發電機組配置1套微機型發電機保護裝置，安裝在配套提供的機組控制保護柜內，保護功能包括：發電機縱向差動保護、發電機定子單相接地保護、發電機帶電流記憶的復合電壓啟動過流保護、發電機定子繞組過電壓保護、發電機定子繞組過負荷保護、發電機頻率保護等。

5 結語

新增柴油發電機進一步提高橋鞏水電站保安電源的可靠性，加強橋鞏水電站的黑啟動能力，確保了橋鞏水電站的供電安全。目前新增柴油機組已穩定運行1年，為本工程完美畫上句號。