貴港航運(yùn)樞紐工程二線船閘10 kV系統(tǒng)運(yùn)行方案和整定原則

盤慶波　張鵬

摘要：為了使貴港航運(yùn)樞紐工程二線船閘10 kV供配電系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，文章從運(yùn)行和整定工作出發(fā)，分析了設(shè)計(jì)方案、運(yùn)行方式和繼電保護(hù)整定原則三者之間的協(xié)同關(guān)系，并根據(jù)工程建設(shè)的特點(diǎn)制定出一套較為可行的運(yùn)行方案和整定方案。

關(guān)鍵詞：貴港航運(yùn)樞紐;運(yùn)行;整定

中圖分類號(hào)：U641.7

0 引言

電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到人身和設(shè)備安全，也關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，在工程建設(shè)的過程中需統(tǒng)籌考慮、全面分析、統(tǒng)一策劃，最終選用最優(yōu)方案。其中，設(shè)計(jì)方案、運(yùn)行方式和繼電保護(hù)整定這三個(gè)方面緊密關(guān)聯(lián)，相互協(xié)同[1-4]。

在制定設(shè)計(jì)方案時(shí)，需要充分考慮設(shè)備的運(yùn)行安全和操作便利，能夠通過設(shè)計(jì)方案制定出明確的運(yùn)行原則和整定原則。運(yùn)行單位能根據(jù)設(shè)計(jì)單位推薦的運(yùn)行原則制定更符合企業(yè)實(shí)際要求和電力設(shè)備實(shí)際狀況的最優(yōu)運(yùn)行方案，然后再根據(jù)設(shè)計(jì)方案和運(yùn)行方式進(jìn)行繼電保護(hù)整定，最終得到最優(yōu)的設(shè)備運(yùn)行和整定方案，最大可能地保障電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

本文以貴港航運(yùn)樞紐工程二線船閘10 kV供配電系統(tǒng)的運(yùn)行和整定工作為例，通過介紹設(shè)計(jì)方案、運(yùn)行方式和繼電保護(hù)整定原則，分析了三者之間的協(xié)同關(guān)系，根據(jù)工程建設(shè)的特點(diǎn)制定出一套較為可行的運(yùn)行方案和整定方案。

1 概述

西江航運(yùn)干線貴港航運(yùn)樞紐是西江航運(yùn)干線南寧至梧州段四個(gè)渠化梯級(jí)的第二個(gè)梯級(jí)，位于郁江中段貴港市區(qū)上游約6.5 km處的郁江蓑衣灘河段。西江航運(yùn)干線貴港航運(yùn)樞紐二線船閘工程布置在一線船閘右側(cè)，建設(shè)規(guī)模為3 000 噸級(jí)，按Ⅰ級(jí)船閘設(shè)計(jì)。貴港航運(yùn)樞紐電廠采用4 臺(tái)燈泡貫流式發(fā)電機(jī)，總裝機(jī)容量為120 MW，多年平均發(fā)電量為6.11億kW·h。

貴港二線船閘新建配電房供電電源引自貴港航運(yùn)樞紐電廠10 kV廠用Ⅰ段、Ⅱ段母線，共兩回路，新增1座箱式變電站，包括2臺(tái)1 000 kVA的10 kV隔離變壓器，互為備用關(guān)系;兩臺(tái)隔離變壓器分別供1路10 kV電源給一線船閘和二線船閘，其中二線船閘的10 kV采用單母線分段接線，通過10 kV/400 V降壓變壓器后給各負(fù)荷供電。貴港二線船閘的供電系統(tǒng)主接線圖如圖1所示。

2 特點(diǎn)分析

2.1 供配電接線復(fù)雜

貴港航運(yùn)樞紐在新建二線船閘后，將從電廠側(cè)重新敷設(shè)供電電纜，具備單回路供雙線船閘運(yùn)行的能力。為了有效隔離故障，增加了兩臺(tái)隔離變壓器，每臺(tái)隔離變壓器的兩回出線分別送到一線、二線船閘10 kV的分段母線。開關(guān)數(shù)量從原來只有一線船閘時(shí)的5個(gè)10 kV開關(guān)增加到一線、二線船閘共有23個(gè)10 kV開關(guān)，其中二線船閘的開關(guān)數(shù)量為16個(gè)。

2.2 運(yùn)行方式復(fù)雜性增加

貴港航運(yùn)樞紐電廠對(duì)10 kV Ⅰ段和Ⅱ段母線的運(yùn)行方式和工況轉(zhuǎn)換有著嚴(yán)格的規(guī)定，要避免出現(xiàn)環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，保證電廠10 kV系統(tǒng)的運(yùn)行安全。貴港航運(yùn)樞紐二線船閘供配電系統(tǒng)改造后，船閘側(cè)增加了箱式變電站母線、二線船閘母線，以及相應(yīng)的開關(guān)設(shè)備，這增大了防誤操作的難度和運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換時(shí)的操作復(fù)雜性。

2.3 供電和用電安全性要求高

在電廠側(cè)，要求能夠有效隔離故障，同時(shí)避免運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換造成的10 kV環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，確保電廠用電安全，機(jī)組不能因此出現(xiàn)非計(jì)劃停機(jī)。

貴港航運(yùn)樞紐要求能給一線、二線船閘可靠的供電，運(yùn)行方式要簡(jiǎn)單， 在簡(jiǎn)化操作的同時(shí)要盡量保持雙電源供電的優(yōu)點(diǎn)。10 kV供電線路保護(hù)要能有效地切除故障部分，且不影響其他正常線路的運(yùn)行。船閘電氣設(shè)備的繼電保護(hù)既能正確動(dòng)作，又能有效配合，保證船閘供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保證西江黃金水道暢通。

2.4 其他需要考慮的因素

貴港航運(yùn)樞紐電廠和船閘均采用“無人值班”（少人值守）的運(yùn)行管理模式，船閘還實(shí)現(xiàn)了西江流域的聯(lián)合調(diào)度，經(jīng)過貴港船閘的船只報(bào)到、調(diào)度、排檔、控制都由廣西西江船閘聯(lián)合調(diào)度中心負(fù)責(zé)，貴港船閘當(dāng)?shù)乇Ａ羯倭康难矙z和維護(hù)人員。10 kV供配電系統(tǒng)運(yùn)行要充分考慮和適應(yīng)貴港航運(yùn)樞紐電廠和船閘的運(yùn)行管理模式。

3 運(yùn)行要求和運(yùn)行方案

3.1 運(yùn)行要求

當(dāng)船閘設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，要能夠有效隔離故障，防止越級(jí)跳閘，確保電廠側(cè)安全運(yùn)行。電廠10 kVⅠ段918開關(guān)、10 kVⅡ段922開關(guān)向貴港船閘供電時(shí)采用不同時(shí)供電方式，只允許單路供電。這樣，要保持船閘隔離箱式變電站及其他設(shè)備良好的狀態(tài)，隨時(shí)可以轉(zhuǎn)換運(yùn)行，同時(shí)要簡(jiǎn)化船閘側(cè)供電方式轉(zhuǎn)換的運(yùn)行操作，降低誤操作風(fēng)險(xiǎn)，提高工作效率。

3.2 運(yùn)行方案

針對(duì)船閘運(yùn)行間歇性用電的特點(diǎn)，貴港船閘1#、2#隔離箱式變電站采取單母線分段并列運(yùn)行方式，聯(lián)絡(luò)開關(guān)“聯(lián)1”處于合閘位置，兩個(gè)隔離變都帶電運(yùn)行，既增加了船閘供電的可靠性，又避免了出現(xiàn)長時(shí)間停運(yùn)致設(shè)備受潮影響絕緣的問題。

貴港一線、二線船閘10 kV采用分段運(yùn)行方式，即一線船閘10 kVⅠ段、Ⅱ段聯(lián)絡(luò)開關(guān)“聯(lián)3”正常時(shí)處于跳閘位;二線船閘10 kVⅠ段、Ⅱ段聯(lián)絡(luò)開關(guān)“聯(lián)2”正常時(shí)處于跳閘位。DY11和DY12隔離變壓器低壓側(cè)不形成環(huán)網(wǎng)，避免產(chǎn)生由于制造工藝形成的環(huán)流、電壓差，也不用考慮負(fù)載分配。當(dāng)10 kV某段電源故障時(shí)，才考慮投入聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

貴港一線船閘400 V系統(tǒng)采用分段運(yùn)行方式，二線船閘400 VⅠ段主用、Ⅱ段備用。

4 繼電保護(hù)整定原則

4.1 充分考慮設(shè)計(jì)方案

貴港航運(yùn)樞紐工程二線船閘DY11和DY12隔離變壓器采用互為備用的設(shè)計(jì)方案，其中任何一臺(tái)隔離變壓器均能帶一線、二線船閘的全部負(fù)荷，當(dāng)兩臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行時(shí)，最大負(fù)荷也不會(huì)超過單臺(tái)變壓器的容量。這一設(shè)計(jì)原則為隔離變供電端的“進(jìn)1”“進(jìn)2”、918、922等開關(guān)的整定提供了額定電流的上限。

二線船閘兩臺(tái)500 kVA低壓降壓變壓器在設(shè)計(jì)上也是互為備用關(guān)系，任何一臺(tái)廠變均能帶二線船閘內(nèi)全部負(fù)荷，當(dāng)兩臺(tái)降壓變壓器同時(shí)運(yùn)行時(shí)最大負(fù)荷也不會(huì)超過單臺(tái)變壓器的容量。這一設(shè)計(jì)原則為廠變高壓側(cè)的“進(jìn)5”“進(jìn)6”“出3”“出5”開關(guān)的整定提供額定電流的上限。

上述對(duì)設(shè)計(jì)方案的考慮，確保了相關(guān)設(shè)備的過電流保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)的靈敏度。

4.2 短路點(diǎn)的設(shè)置

從圖1所示的主接線可以看出，二線船閘的主接線設(shè)計(jì)復(fù)雜，各級(jí)切換和工況轉(zhuǎn)換較多，總體來看阻抗較大的元件設(shè)備主要為變壓器，所以短路點(diǎn)設(shè)置在降壓變壓器400 V側(cè)和隔離變壓器副邊側(cè)。

電廠到船閘的供電電纜長度為1 500 m，距離不長，相對(duì)于變壓器而言，其阻抗可以忽略不計(jì)，故不在線路末端設(shè)置短路點(diǎn)，根據(jù)盡量簡(jiǎn)化運(yùn)行的原則，10 kV電廠饋線線路保護(hù)可以根據(jù)隔離變壓器保護(hù)整定結(jié)果進(jìn)行整定。

其余設(shè)備也都主要通過各類導(dǎo)體連接，阻抗均可以忽略不計(jì)。短路點(diǎn)設(shè)置如圖2所示。

4.3 級(jí)差配合的優(yōu)化

貴港航運(yùn)樞紐工程二線船閘主接線設(shè)計(jì)復(fù)雜，分級(jí)供電較多，如降壓變壓器與400 V電動(dòng)機(jī)保護(hù)存在級(jí)差配合;“聯(lián)2”開關(guān)與低壓廠變壓器存在級(jí)差配合;“進(jìn)5”開關(guān)與低壓廠變壓器+“聯(lián)2”開關(guān)存在級(jí)差配合;“進(jìn)3”開關(guān)與“出3”+“出4”開關(guān)存在級(jí)差配合;“進(jìn)1”開關(guān)與“聯(lián)1”+“出1”開關(guān)存在級(jí)差配合等。

為了保證供電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，保證繼電保護(hù)的選擇性，上述級(jí)差配合都要考慮。但是，每一級(jí)級(jí)差配合都將帶來保護(hù)動(dòng)作時(shí)限延長，最終延伸到918和922的保護(hù)時(shí)限將較長。根據(jù)貴港航運(yùn)樞紐電廠和船閘運(yùn)行部門制定的運(yùn)行原則和運(yùn)行方案，為了避免918和922不及時(shí)跳開而影響電廠廠內(nèi)系統(tǒng)保護(hù)的選擇性，918和922還要與發(fā)電機(jī)和主變壓器保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限進(jìn)行配合。因此，在二線船閘各部位的保護(hù)配合級(jí)差盡可能地縮小，在沒有選擇性要求的位置不考慮級(jí)差配合，如“出3”開關(guān)和“進(jìn)5”開關(guān)，“出5”與“進(jìn)6”開關(guān)，“聯(lián)1”開關(guān)與“出1”“出2”開關(guān)等。這些開關(guān)之間可以等同于同一個(gè)開關(guān)，可以同時(shí)跳閘，且同時(shí)跳閘也不存在切除范圍的擴(kuò)大。另外，“出1”開關(guān)和“進(jìn)3”開關(guān)位于隔離變壓器兩側(cè)，只要其中一個(gè)跳閘，隔離變壓器都將無法供電，所以隔離變壓器兩側(cè)開關(guān)之間也不考慮時(shí)限的級(jí)差配合。

918和922開關(guān)供電電纜長度為1 500 m，阻抗不大，不再單獨(dú)按線路保護(hù)計(jì)算，而是分別與“進(jìn)1”開關(guān)、“進(jìn)2”開關(guān)進(jìn)行配合計(jì)算，跳閘時(shí)限與“進(jìn)1”開關(guān)、“進(jìn)2”開關(guān)一致，縮小跳閘時(shí)限的時(shí)差。

通過級(jí)差配合的優(yōu)化，918和922兩個(gè)開關(guān)的過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間整定為1.2 s，這個(gè)時(shí)限還能夠與廠內(nèi)其他系統(tǒng)的保護(hù)時(shí)限相配合，最終兼顧了電廠和船閘的設(shè)備運(yùn)行和保護(hù)配合。

5 運(yùn)行

貴港航運(yùn)樞紐工程二線船閘電氣設(shè)備在進(jìn)行運(yùn)行方式梳理和繼電保護(hù)整定計(jì)算后，于2020-11-15投運(yùn)。投運(yùn)后保護(hù)裝置一直正常運(yùn)行，線路和設(shè)備運(yùn)行正常，運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換正常，保護(hù)裝置均無異常告警，也未發(fā)生誤動(dòng)和拒動(dòng)情況，整套配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行有力地保障了貴港二線船閘過閘的安全、可靠。

6 結(jié)語

經(jīng)過對(duì)設(shè)計(jì)方案的分析研究，貴港航運(yùn)樞紐工程二線船閘的運(yùn)行原則和運(yùn)行方式綜合考慮了電廠和船閘運(yùn)行部門的實(shí)際要求，繼電保護(hù)整定計(jì)算結(jié)合設(shè)計(jì)方案和運(yùn)行方式進(jìn)行了綜合考慮，在設(shè)計(jì)、運(yùn)行和整定各環(huán)節(jié)中找到了平衡點(diǎn)，最終形成了一套適用于本項(xiàng)目的設(shè)備運(yùn)行和保護(hù)整定方案，保證了供電的穩(wěn)定性和可靠性，也為類似項(xiàng)目提供了一定的參考借鑒作用。

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作者簡(jiǎn)介：

盤慶波（1979—），工程師，主要從事水電等清潔能源運(yùn)營管理工作;

張 鵬（1983—），高級(jí)工程師，主要從事工程建設(shè)管理工作。