周二保，江學(xué)奎

(大唐陳村水力發(fā)電廠，安徽 宣城 242500)

水電廠機(jī)組大型技改中的保廠用電措施

周二保，江學(xué)奎

(大唐陳村水力發(fā)電廠，安徽 宣城 242500)

廠用電系統(tǒng)在水電廠安全生產(chǎn)中具有重要地位。對某水電廠廠用電的運(yùn)行方式及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，介紹了該水電廠3號機(jī)組大型技改一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)中所采取的針對性保廠用電措施，并對如何保證廠用電的可靠性進(jìn)行了分析和探討。

水電廠；技改；廠用電；可靠性

0 引言

水電廠廠用電是指水電廠的生產(chǎn)、輔助和公用設(shè)備及照明所使用的電源。如果廠用電系統(tǒng)供電可靠性差，一旦發(fā)生全廠交流系統(tǒng)失電，則可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)解列。如果廠房動力設(shè)備失電處理不及時(shí)或不正確，也有可能造成事故擴(kuò)大，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組主、輔設(shè)備損壞或全廠停電。

某水電廠2012年底開始對3號機(jī)組進(jìn)行大型技術(shù)改造，工程涉及定子鐵芯和線圈更換、轉(zhuǎn)子磁極線圈更換以及水輪機(jī)過流部件頂蓋、底環(huán)、活動導(dǎo)葉及其附件改造等。如何確保機(jī)組改造過程中廠用電運(yùn)行的可靠性，尤其是在關(guān)鍵環(huán)節(jié)中的運(yùn)行安全，顯得尤為重要。

1 廠用電運(yùn)行方式及風(fēng)險(xiǎn)分析

該水電廠廠用電400?V低壓母線采用單母分段接線方式，設(shè)有2臺10?kV廠變，電源取自機(jī)組與主變低壓側(cè)之間；另外，壩上設(shè)1臺壩變作為備用電源，壩頂還安裝1臺柴油發(fā)電機(jī)(131?kW)作為事故保安電源。正常運(yùn)行方式由1號廠變帶400?V廠母Ⅰ，Ⅱ段通過00開關(guān)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行供全廠廠用電。該電廠電氣主接線如圖1所示。

圖1 水電廠電氣主接線示意

廠用電系統(tǒng)裝設(shè)有備用電源自動投切裝置，采用PLC控制。當(dāng)工作電源因故失電時(shí)，備用電源自動投入，使供電恢復(fù)。正常情況下，備自投裝置投入運(yùn)行。

造成廠用電供電中斷的主要原因有：

(1)?電網(wǎng)原因引起的全廠廠用電消失；

(2)?廠用電所供線路或負(fù)載故障引起的廠用電中斷；

(3)?廠變本身或發(fā)變組故障引起的廠用電中斷；

(4)?廠用母線故障引起的廠用電中斷等。

廠用電部分或全部中斷，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)解列，處理不及時(shí)或不正確有可能造成事故擴(kuò)大。其主要危害表現(xiàn)在：

(1)?交流電源失去后，若直流系統(tǒng)不能正常投運(yùn)，將導(dǎo)致水輪機(jī)組微機(jī)調(diào)速器失控或紊亂，造成機(jī)組過速飛車；

(2)?交流電源失去后，造成廠內(nèi)輔助動力設(shè)備失電，引發(fā)公共電氣系統(tǒng)、壓力油系統(tǒng)、廠房排水系統(tǒng)無法正常工作，嚴(yán)重威脅機(jī)組運(yùn)行安全，甚至引發(fā)水淹廠房事故；

(3)?交流電源失去后，直流設(shè)備負(fù)荷的增加將造成蓄電池放電速度加快，若電量儲備不足將造成機(jī)組不能安全停運(yùn)。

2 保廠用電措施

2.1 起吊發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)

水電廠發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子起吊是3號機(jī)組技改中的一項(xiàng)重大起重作業(yè)，為確保起吊過程中的人身和設(shè)備安全，廠用電供電的安全和可靠性尤為重要。現(xiàn)場主要從3個(gè)方面做好應(yīng)對措施。

(1)?停止檢修現(xiàn)場臨時(shí)電源的使用，將廠用電大負(fù)載，如深井泵、壓油泵、空壓機(jī)電動機(jī)電源切除，以免大負(fù)載同時(shí)啟動造成廠用電過載或電壓不穩(wěn)定。廠母室內(nèi)準(zhǔn)備拉手、絕緣手套、閘刀操作把手、柜門鑰匙、萬用表以及3只400?A容量的保險(xiǎn)，防止起吊轉(zhuǎn)子時(shí)行車電源保險(xiǎn)熔斷。

(2)?做好行車電源保險(xiǎn)熔斷的應(yīng)急處置措施，廠母室內(nèi)安排專人監(jiān)視。如發(fā)生保險(xiǎn)熔斷立即通知現(xiàn)場負(fù)責(zé)人停止工作，斷開負(fù)載電源閘刀更換保險(xiǎn)。對異常熔斷應(yīng)迅速組織人力查明原因，排除故障后方可繼續(xù)工作。

(3)?針對當(dāng)前電站運(yùn)行方式，做好廠用電中斷的事故處理預(yù)案和恢復(fù)廠用電預(yù)案。例如發(fā)生聯(lián)絡(luò)線跳閘引起的全廠失電，應(yīng)立即進(jìn)行機(jī)組黑啟動帶廠用電，或開啟壩上柴油發(fā)電機(jī)帶廠用電等措施。2012-12-08，在采取上述措施下，該廠3號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子起吊工作順利完成。

2.2 發(fā)電機(jī)定子鐵損試驗(yàn)時(shí)

完成3號發(fā)電機(jī)定子鐵芯硅鋼片疊裝后，為檢查硅鋼片制造和疊裝質(zhì)量是否合格、片間絕緣是否有缺陷、壓緊螺桿是否壓緊、鐵芯單位損耗是否滿足合同保證值等，必須進(jìn)行發(fā)電機(jī)定子鐵心磁化試驗(yàn)。試驗(yàn)需要通過外加勵磁繞組通流方式，在鐵心內(nèi)部產(chǎn)生接近飽和狀態(tài)的交變磁通。經(jīng)過計(jì)算，試驗(yàn)電流最大為464?A；因此決定試驗(yàn)電源采用2號廠變單獨(dú)供電方式，通過2號廠變低壓側(cè)02開關(guān)下口接動力電纜，施放于3號機(jī)旁動力屏空開處。

為確保定子鐵損試驗(yàn)過程中廠用電和設(shè)備安全，要求參與試驗(yàn)運(yùn)行人員熟知操作過程和試驗(yàn)接線方式，針對試驗(yàn)中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)做好預(yù)案。全廠廠用電由1號廠變供廠母聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，2號廠變通過低壓側(cè)02開關(guān)下口的刀閘與廠用電系統(tǒng)隔離，為確保廠用電安全，試驗(yàn)過程中廠用電自動切換壓板和2號廠變跳00開關(guān)壓板均退出(防止2號廠變作為試驗(yàn)電源過程中發(fā)生跳閘，影響廠用電正常供電)，試驗(yàn)結(jié)束后恢復(fù)。試驗(yàn)過程中，由現(xiàn)場試驗(yàn)負(fù)責(zé)人統(tǒng)一指揮，運(yùn)行人員在控制室、廠母室就位，試驗(yàn)負(fù)責(zé)人與廠母室監(jiān)視人員用對講機(jī)保持聯(lián)絡(luò)。3號機(jī)旁動力屏配置額定電流為600?A的空開，由試驗(yàn)人員負(fù)責(zé)監(jiān)視。若試驗(yàn)過程中出現(xiàn)異常情況，廠母室監(jiān)視人員根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)負(fù)責(zé)人要求及時(shí)手動斷開2號廠變02開關(guān)；中控室運(yùn)行人員監(jiān)視2號廠變電流變化情況，若出現(xiàn)異常情況02開關(guān)未及時(shí)斷開時(shí)，應(yīng)及時(shí)將3號主變高壓側(cè)483開關(guān)手動分閘。2013-03-26，該廠3號發(fā)電機(jī)定子鐵損試驗(yàn)圓滿完成。

2.3 發(fā)電機(jī)定子線棒并頭套焊接時(shí)

在該廠3號機(jī)定子線棒更換后的并頭套焊接階段，現(xiàn)場2臺大功率釬焊機(jī)需同時(shí)工作。焊機(jī)電源均來自1號廠變供電(二次側(cè)額定電流909?A)的廠用電Ⅱ段母線2號屏，每臺焊機(jī)工作電流接近400?A。較大的工作電流將會造成單臺廠變短時(shí)過負(fù)荷運(yùn)行，為保證設(shè)備安全及廠用電可靠運(yùn)行，需對現(xiàn)場實(shí)際負(fù)荷情況進(jìn)行計(jì)算分析。

廠房內(nèi)廠用電經(jīng)常性負(fù)載(主要為照明、設(shè)備供電)約為70?A。其他輔助設(shè)備(如電動機(jī))是間斷式工作方式，根據(jù)設(shè)定定值方式啟動。廠房內(nèi)較大的負(fù)載主要有排水泵、壓油泵、高低空壓機(jī)，這些輔助設(shè)備一般不會同時(shí)啟動。其中深井排水泵電機(jī)額定電流114?A，高壓空壓機(jī)電機(jī)額定電流55?A，低壓空壓機(jī)電機(jī)額定電流69?A，機(jī)組壓油泵電機(jī)額定電流56?A。如果按廠用負(fù)載極端運(yùn)行情況，即出現(xiàn)1臺水泵、1臺高壓機(jī)、1臺低壓機(jī)、1臺油泵同時(shí)啟動運(yùn)行，2臺焊機(jī)同時(shí)工作以及廠房常規(guī)負(fù)載，電流共計(jì)約1?164?A(114?A+55?A+69?A+56?A+400×2?A+70?A)，將會超過廠變額定電流。實(shí)際上，所有大負(fù)載同時(shí)啟動運(yùn)行的幾率較小，另外也可人為干預(yù)，盡量避免大功率負(fù)載同時(shí)啟動。所以正常情況下，廠用電可以滿足2臺焊機(jī)施工需要，不會造成因廠用電負(fù)荷過大造成過流保護(hù)動作而使廠用電中斷的情況發(fā)生，但可能造成廠變短時(shí)間超額定電流運(yùn)行。為確保焊機(jī)施工期間廠用電安全，制定如下事故處理預(yù)案和保廠用電措施。

(1)?正常情況下，由1號廠變供廠用電聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，?03開關(guān)熱備用作為廠用電備用電源，?3號主變、2號廠變熱備用，3號主變具備單運(yùn)供廠用電的條件。

(2)?若運(yùn)行中1號廠變Ⅱ段或Ⅲ段保護(hù)動作跳開00開關(guān)，廠用電Ⅱ段母線失壓，而未影響廠母Ⅰ段運(yùn)行時(shí)，則檢查保護(hù)動作情況及廠用Ⅰ段母線負(fù)載運(yùn)行情況，通知施工人員停止焊機(jī)施工，斷開2臺焊機(jī)電源。檢查Ⅱ段母線無異常后，合上00開關(guān)恢復(fù)Ⅱ段母線運(yùn)行。

(3)?若運(yùn)行中1號廠變Ⅱ段或Ⅲ段動作00開關(guān)拒跳，廠變高壓側(cè)2開關(guān)跳閘，03開關(guān)備自投自動合上，因壩變帶負(fù)荷能力比較薄弱，則通知焊接人員停止工作，手動斷開00開關(guān)盡快將3號主變投單運(yùn)帶2號廠變供廠用電Ⅱ段運(yùn)行。

(4)?若運(yùn)行中1號廠變本體或高壓側(cè)出現(xiàn)故障，2開關(guān)跳閘，03開關(guān)備自投自動合上恢復(fù)廠用電供電，因壩變帶負(fù)荷能力比較薄弱，則通知焊接人員停止工作，盡快將3號主變投單運(yùn)帶2號廠變供廠用電Ⅱ段，03開關(guān)供Ⅰ段或2號廠變供廠用電聯(lián)絡(luò)運(yùn)行。

(5)?正常情況下，將機(jī)組重要負(fù)載如機(jī)旁動力屏倒至廠用電Ⅰ段母線供電。運(yùn)行值班人員每班對廠變低壓側(cè)至廠母室2號屏電纜及至空壓機(jī)室電纜測溫2次，發(fā)現(xiàn)溫度異常升高及電纜運(yùn)行異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)匯報(bào)。

(6)?運(yùn)行值班人員注意監(jiān)視大功率電機(jī)的啟動和運(yùn)行情況，注意觀察廠用電壓的波動。若2臺焊機(jī)同時(shí)工作時(shí)造成1號廠變運(yùn)行不穩(wěn)定或危及設(shè)備安全，可將3號主變投單運(yùn)帶2號廠變供廠用電Ⅱ段，將另一臺焊機(jī)倒至廠用電Ⅰ段運(yùn)行。

2013-03-26，該廠3號發(fā)電機(jī)定子改造焊接工作全部完工。在此期間，3月7日曾發(fā)生過1次因焊機(jī)絕緣損壞造成00開關(guān)跳閘，廠用電Ⅱ段母線失電故障。因處理得當(dāng)，應(yīng)對正確，及時(shí)恢復(fù)了廠用電的運(yùn)行，確保了廠用電供電可靠性。

2.4 特殊運(yùn)行方式下

在3號機(jī)技改工作期間，該廠同時(shí)進(jìn)行了220?kV陳朱線及1號主變所屬一次設(shè)備預(yù)試、保護(hù)年檢工作。由于1號發(fā)電機(jī)失去備用條件，全廠由110?kV陳琴線備用電源倒送電，廠用電由壩變提供，運(yùn)行方式極為薄弱。存在的主要問題是：

(1)?110?kV母線處于供電線路末端，110?kV母線電壓較低，供電可靠性差;

(2)?一旦陳琴線493開關(guān)跳閘，將造成全廠失去備用電源;

(3)?全廠廠用電由壩變供電運(yùn)行，壩變電源10?kV線路供電可靠性差，容易發(fā)生全廠廠用電中斷事故;

(4)?若1號主變10.5?kV母線、1號廠變檢修，則1號發(fā)電機(jī)失去黑啟動條件。

針對此種特殊運(yùn)行方式，該廠制定了周密的保廠用電措施和應(yīng)急預(yù)案。

(1)?當(dāng)發(fā)生壩變失壓全廠廠用電中斷時(shí)，迅速投入3號主變，由3號主變單運(yùn)帶廠用電運(yùn)行。

(2)?陳琴線備用電源失壓及壩變同時(shí)失壓全廠廠用電中斷時(shí)，立即用2號發(fā)電機(jī)黑啟動，通過110?kV母線經(jīng)3號主變帶2號廠變運(yùn)行以恢復(fù)廠用電。

(3)?極端情況下，若2號機(jī)不具備黑啟動條件，則開啟壩上柴油發(fā)電機(jī)帶廠用電運(yùn)行。為確保故障時(shí)恢復(fù)廠用電時(shí)間盡可能縮短，預(yù)先將2號機(jī)黑啟動、開啟壩上柴油發(fā)電機(jī)帶廠用電運(yùn)行的主要步驟和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)列出并打印放置在現(xiàn)場，要求運(yùn)行人員學(xué)習(xí)掌握。提前將2號主變中性點(diǎn)接地刀閘合上，減少故障處理操作時(shí)間。

此外，還與相關(guān)地區(qū)調(diào)度溝通，說明該廠運(yùn)行方式薄弱，做好從地區(qū)線路倒送電可能性的協(xié)調(diào)工作。加強(qiáng)對2號發(fā)電機(jī)主輔設(shè)備的巡視檢查工作，確保2號發(fā)電機(jī)具備黑啟動條件。由于措施得力、準(zhǔn)備充分，該廠特殊運(yùn)行方式下的保廠用電工作也取得了圓滿成功。

3 結(jié)束語

該廠廠用電系統(tǒng)多年運(yùn)行實(shí)踐表明，廠用電供電可靠性高，備自投邏輯設(shè)計(jì)合理，動作正確。在此次3號機(jī)大型技改中，圓滿地完成了針對關(guān)鍵環(huán)節(jié)的保電任務(wù)，確保了施工進(jìn)度和廠內(nèi)設(shè)備用電需求。另該廠3臺機(jī)組均具備全廠失電情況下的機(jī)組自身黑啟動條件，2012-01-05，該廠3臺機(jī)組成功列入安徽電網(wǎng)黑啟動主要電源點(diǎn)，這也為全廠失電后廠用電的快速恢復(fù)提供了有力保障。但壩上柴油發(fā)電機(jī)作為全廠的事故保安電源，容量較小，帶負(fù)載能力偏弱，供廠用電路徑較長，可靠性不高，這是以后的設(shè)備技改中需要考慮的問題。

2014-12-11；

2015-02-19。

周二保(1963-)，男，高級工程師，主要從事水電廠電氣一、二次技術(shù)和運(yùn)行管理工作，email：ahjxzeb@126.com。

江學(xué)奎(1974-)，男，工程師，主要從事水電廠技術(shù)及運(yùn)行管理工作。