某水電站機旁400 V控制系統改造分析

賈同威，余海濤，蒲華東

（雅礱江流域水電開發有限公司兩河口水力發電廠，四川 甘孜 627450）

某水電站總裝機容量為 6×550 MW，每臺機組各安裝一套400 V備自投裝置。站內機旁400 V廠用電系統共配置兩段母線和3個進線電源開關，備自投裝置共有8種動作邏輯，具有備用電源自動投入和自動恢復功能。備自投原裝置型號為南瑞RCS-9654B，于2004年投運，設備面臨著備品采購困難、運行過程中常發生死機、裝置面板出現老化等問題。為保障電力安全生產和智能電站發展需求，自2019年起，某水電站結合機旁400 V一次設備改造，陸續開展機旁400 V開關控制系統及備自投改造工作。

1 改造概況

改造后，備自投型號為南瑞繼保生產的PCS-9651C，其動作邏輯和原設備保持一致，共8種備自投方式，具備傳動試驗、裝置自檢、事件記錄等功能。正常運行方式下，機旁400V Ⅰ母由自用變1DL供電，特殊方式下由公用變4DL供電，系統結構如圖1所示。

圖1 機旁400 V廠用電系統結構簡圖

400 V開關控制系統保持一致，具備開關現地/遠方分合、防跳、閉鎖等功能。同時，為滿足智能電站發展需求，本次改造增加了400 V開關測控裝置，能夠實時檢測400 V各開關電壓、電流及開關位置等信息，并且具有遙控功能。

2 典型問題及處理思路

2.1 備自投閉鎖回路錯誤

進行核線工作時，檢查發現備自投“現地/遠方”操作閉鎖回路設計有誤，通過操作箱手跳開出及監控系統硬接點強制閉鎖，未正確使用合后位置繼電器（KKJ）進行閉鎖，閉鎖回路如圖2所示。

圖2 改進前備自投閉鎖原理圖

合后位置繼電器（KKJ）為雙位置繼電器。當斷路器手動或遠方合閘時，KKJ動作并且保持；當斷路器手動或遠方跳閘時，KKJ將返回；當由于保護動作跳開斷路器時，KKJ不返回。KKJ的常開接點和TWJ常開接點一起用來作為啟動重合閘的條件，即不一致啟動重合閘。斷路器在合位的正常狀態時，KKJ為1，TWJ為0；當保護動作或開關偷跳時，KKJ為1，TWJ也為1，此時保護裝置啟動重合閘。

根據KKJ和TWJ配合啟動重合閘的動作邏輯可以看出，當KKJ和TWJ同時為1時，備自投才會動作成功。斷路器在合位的正常狀態時，現地或遠方進行分閘后，KKJ為0，TWJ為1，備自投不會動作。因此，圖2中611和612回路之間不再需要增加外界條件進行閉鎖。將閉鎖回路按照圖3進行改接，壓板1QLP5改為閉鎖備自投總功能壓板。

圖3 改進后備自投閉鎖原理圖

2.2 備自投動作不成功

接線工作完成后，調試試驗階段，通過繼電保護測試儀模擬備自投方式1充電條件，當充電完成后，當裝置檢測到Ⅰ母無壓，IL1 無流，Ⅱ母有壓，備自投動作成功，跳1DL，延時合3DL。模擬備自投方式6充電條件，即Ⅰ母自恢復，當裝置檢測到Ux1有壓，即達到備自投方式6動作條件，備自投未動作。

備自投方式1充電條件：Ⅰ母、Ⅱ母均三相有壓；1DL、2DL 在合位，3DL、4DL 在分位。備自投方式6充電條件：Ⅰ母、Ⅱ母均三相有壓，Ux1 無壓；2DL 、3DL 在合位， 1DL 、4DL 在分位。

為提高繼電保護故障快速查找速率，對于兩個及以上的部分組成的整體，可采用分段查找法進行檢查處理。根據故障現象，利用備自投裝置本身自檢功能輔助分析，結合設計圖紙進行檢查的思路解決備自投動作不成功問題。通過檢查裝置自檢信息，模擬備自投方式6充電條件滿足時，裝置上備自投方式6充電指示燈未點亮。檢查確認進線電源1DL原理接線圖和現場接線一致，如圖4所示。對照操作箱廠家白圖查看備自投出口對應編號含義，進一步判斷分析故障原因。

圖4 改進前進線電源1DL原理圖

圖中：1ln為監控系統，2ln為備自投裝置，3ln為操作箱，0202為控制電源+，0208為手動合閘入口，0211為手動跳閘入口，0207為保護合閘入口，0205為保護跳閘入口。

通過分段檢查，可以判定備自投未動作根本原因在于備自投方式6未充電，而未充電很可能是由于備自投動作出口設計存在問題。根據上文合后位置繼電器KKJ閉鎖備自投的介紹，可以看出，當備自投方式1動作跳1DL、合3DL后，對于母線聯絡開關3DL，TWJ為0，由于備自投合閘出口為保護合閘入口，KKJ不返回，即保持手分時狀態為0，此時備自投方式6放電。

因此，只有當備自投方式1合3DL后，3DL的KKJ為1時，備自投方式6才會充電。將備自投合閘由保護合閘改為手動合閘入口，如圖5所示，重新模擬邏輯試驗，備自投動作成功。

圖5 改進后進線電源1DL原理圖

2.3 備自投出口開關對應混亂

調試初期，模擬備自投方式1動作邏輯試驗，僅將跳1DL和合3DL壓板投上，備自投方式1充電正常，裝置報文顯示備自投方式1長時間動作，備自投未實際動作出口。將所有出口壓板投上，再次備自投方式1動作邏輯試驗，備自投動作成功，動作跳2DL，合3DL，但實際應為跳1DL，合3DL。

通過現象，可判斷故障原因大致由備自投裝置出口插件、出口壓板、操作箱、開關操作回路四者間接線與圖紙不對應引起。檢查現場接線情況和施工圖紙，發現備自投裝置背板及壓板纖芯號頭管信息和圖紙一致。將控制回路電源斷電，利用萬用表確認無壓后，切換至通斷檔，從首端“備自投裝置出口插件背板”至尾端“開關分合控制回路”逐段進行通斷測試，經測試確認，備自投裝置出口插件和操作箱間接線有誤，操作箱和出口壓板間接線同樣存在錯誤。

將單個出口壓板逐一投退，利用備自投裝置出口傳動試驗，觀察動作結果，做好改線記錄，最后統一進行修改。改線工作完成后，通過備自投出口傳動試驗，驗證出口壓板和實際開關唯一對應關系，備自投邏輯試驗動作正確無誤。

2.4 其他問題

由于機旁400 V系統采用三進線式備自投，4個開關柜之間的內部連接線較多，因此改造過程中遇到的二次誤接線問題較多，如：開關閉鎖邏輯有誤、開關遠方操作位置信號未送至監控系統、操作箱分合閘監視指示燈不亮、CT二次接線開路等。

繼電保護二次回路中存在大量的位置接點, 位置接點狀態的正確性決定了其所在回路的功能能否實現。通過人為短接和斷開的方法可快速判斷該類接點的正確性。本次改造工作點多面廣，涉及內部接線較多，從設備到貨驗收階段，利用通斷法進行內部接線核對工作。接線核對除對照圖紙、號頭信息、現場接線開展外，按照回路功能，利用開關實際分合、把手切換等方式進行檢查。針對典型問題按批次統一整改，為后續廠用電系統改造排除了大部分隱患，保障了400 V廠用電系統改造工作的順利進行。

3 改造亮點

3.1 盤柜空間布局

傳統400 V控制系統一次設備與二次控制系統同屏布置，二次回路端子排安裝在柜頂，400 V開關及連接母排安裝在二次回路下側，此種空間配置增加了二次專業人員開展不停電檢修維護和消缺工作觸電、短路等風險。

本次改造，將一次設備與二次控制系統分屏布置，二次回路布置更加符合人機工效設計，解決了傳統同屏布置所帶來的一系列問題，便于日常檢修維護及消缺等工作開展。同時，柜頂增加電纜橋架，為現場電纜走線提供了充足空間，便于開展柜內二次接線。

3.2 測控裝置

為滿足智能電站發展需求，本次改造引入開關測控裝置，在進線開關、母線聯絡開關及重要負荷開關增加測控裝置，旨在搭建廠用電系統智能信息管理平臺。測控裝置主要采集母線電壓、進線電流等模擬量信息，同時采集開關位置接點、“現地/遠方”切換把手等開關量信息，測控管理終端結構如圖6所示。裝置具有測量、控制、記錄、同期、積分電度、三相不平衡度計算和諧波分析等功能。

測控裝置可以實時檢測母線電壓和負荷電流，當發生PT或CT異常時，能夠及時上送報警信息，具備諧波分析、裝置自檢、事件記錄、對時等功能。當進線開關或負荷開關發生接地等故障時，便于事故分析。測控系統通過61850協議接入監控系統，具備網絡NCP對時和開關遙控功能。

通過不同測控系統組網，建設廠用電系統智能信息管理平臺，可以實時檢測站內所有廠用電設備的運行狀況，根據需要網絡遠方控制負荷開關，具備智能巡檢和狀態檢修的條件。同時，油泵運行累計時間統計有助于設備長周期壽命管理。廠用電系統智能信息管理平臺建設，為智能化水電站建設打下了良好基礎。

3.3 事故總信號

控制回路中通過KKJ和TWJ常開接點串聯構成事故總信號回路，如圖6所示。該信號現地或遠方分閘操作時不會閉合，只有在開關本體機械按鈕操作或保護故障等非正常跳閘時才會閉合，在監控系統上報出事故跳閘總信號，如開關偷跳。

圖6 事故總信號原理接線圖

事故總信號可以用來判斷處于運行中的開關是否正常跳閘，當站內發生開關誤跳閘事件，可以用來幫助異常事件調查分析。同時，事故總信號還有助于日常運行管理、缺陷處理等工作開展。

4 結語

某水電站機旁400 V開關控制回路及備自投裝置改造后，設備運行狀況良好，保證了電力設備的安全運行。廠用電測控系統應用效果顯著，滿足了智能巡檢的要求，對智能化電站建設具有較大參考意義。本文總結了改造過程中典型問題的分析和處理思路，可以有效地提高處理二次回路故障問題的速度性和準確性。