簡圣平

（廣西長洲水電開發(fā)有限責(zé)任公司,廣西 梧州 543002）

淺析長洲水電廠備自投裝置的應(yīng)用

簡圣平

（廣西長洲水電開發(fā)有限責(zé)任公司,廣西 梧州 543002）

介紹了長洲水電廠10.5 kV和400 V廠用電分別配置的進(jìn)線備自投和分段備自投裝置充電、放電條件和動作邏輯、備自投裝置運(yùn)行方式選擇，分析了備自投裝置試驗(yàn)結(jié)果，指出了備自投裝置遺留問題及在實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。

廠用電；備用電源；進(jìn)線備自投；分段備自投；長洲水電廠

0 引言

廠用電系統(tǒng)的可靠性對發(fā)電廠來說非常重要，采用合理的廠用電接線方式是可靠配電的基礎(chǔ)，同時(shí)選擇合理的備用電源自動投入（簡稱“備自投”）裝置的動作邏輯是提高廠用電系統(tǒng)必要的技術(shù)手段。

為保證發(fā)電廠廠用電供電可靠，一般發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)電源會有幾路電源供電，當(dāng)其中一路電源失電時(shí)，通過備自投動作把備用電源合上確保廠用電的安全。備自投有分段備自投和進(jìn)線備自投兩種方式。分段備自投是指正常運(yùn)行方式下兩段母線的負(fù)荷由各自電源供電，當(dāng)其中某一電源故障時(shí)通過分段備自投動作把故障母線進(jìn)線開關(guān)跳開，再合上兩段母線的聯(lián)絡(luò)開關(guān)；進(jìn)線備自投是指某一母線引兩路電源，正常運(yùn)行方式下母線只有一路供電電源開關(guān)在合閘，另外一路供電電源開關(guān)在熱備用狀態(tài)，當(dāng)運(yùn)行的供電電源故障時(shí)通過進(jìn)線備自投動作把原運(yùn)行的供電電源開關(guān)跳閘，再合上熱備用供電電源開關(guān)。

長洲水電廠10.5 kV廠用電系統(tǒng)采用分段備自投和進(jìn)線備自投方式，400 V廠用電系統(tǒng)采用分段備自投方式。

1 備自投的基本要求

（1）工作電壓不論因何種原因消失，自動投入裝置均應(yīng)啟動，但應(yīng)能防止電壓互感器熔絲熔斷時(shí)誤動。同時(shí)為防止工作電源電壓互感器斷線引起誤動，還必須通過檢測母線或進(jìn)線電流互感器無電流條件。即無壓無流時(shí)，備自投才能投入。

（2）當(dāng)工作電源斷開后備用電源才能投入，且不論進(jìn)線斷路器是否在跳開位置，備自投均應(yīng)啟動一次跳閘命令，同時(shí)把該斷路器分閘輔助接點(diǎn)作為合閘的一個條件。

（3）備用電源斷路器只允許合閘一次且備用電源側(cè)沒有電壓時(shí)閉鎖備自投。

2 長洲水電廠廠用電接線及運(yùn)行方式

長洲水電廠分為內(nèi)外江兩部分，廠用電系統(tǒng)也分為外江廠用電系統(tǒng)和內(nèi)江廠用電系統(tǒng)兩部分，內(nèi)、外江廠用電系統(tǒng)包括10.5 kV和400 V兩個電壓等級。表1為長洲水電廠廠用電系統(tǒng)組成表

表1 長洲水電廠廠用電系統(tǒng)組成表

2.1 10.5 kV廠用電系統(tǒng)介紹

長洲水電廠10.5 kV廠用電系統(tǒng)采用單母線母聯(lián)接線，正常運(yùn)行方式下為分段運(yùn)行，10.5 kV廠用電全廠共分為5段母線，其中外江10.5 kV廠用電系統(tǒng)有3段，分別為外江廠用10.5 kVⅠ～Ⅲ段。內(nèi)江10.5 kV廠用電系統(tǒng)有2段，分別為內(nèi)江廠用10.5 kVⅣ段、Ⅴ段；外江相鄰2段母線之間相互聯(lián)絡(luò)，內(nèi)江2段母線之間相互聯(lián)絡(luò)；每段母線均接有1個取自發(fā)電機(jī)擴(kuò)大單元電壓母線的廠用電源，同時(shí)外江Ⅰ段及Ⅲ段母線接有來自外江施工開閉所的備用電源，內(nèi)江Ⅴ段母線接有來自內(nèi)江施工開閉所的備用電源。圖1為外江10.5 kV廠用電系統(tǒng)一次接線，圖2為內(nèi)江10.5 kV廠用電系統(tǒng)一次接線。

圖1 外江10.5 kV廠用電系統(tǒng)一次接線圖

圖2 內(nèi)江10.5 kV廠用電系統(tǒng)接線圖

2.2 400 V廠用電系統(tǒng)介紹

長洲水電廠400 V廠用電系統(tǒng)采用單母線分段接線方式，正常運(yùn)行方式為分段運(yùn)行，400 V廠用電全廠分為8段，外江有4段，分別為外江廠用400 VⅠ～Ⅳ段，其中廠用400 VⅠ段、Ⅳ段電源接引至廠用10.5 kVⅠ段，廠用400 VⅡ段、Ⅲ段分別接引至廠用10.5 kVⅡ、Ⅲ段。內(nèi)江有4段，分別為內(nèi)江400 V廠用Ⅴ～Ⅷ段，其中廠用400 VⅤ段、Ⅷ段接引至廠用10.5 kVⅣ段，廠用400 VⅥ段、Ⅶ段接引至廠用10.5 kVⅤ段。外江廠用400 VⅠ段、Ⅱ段相互聯(lián)絡(luò)，廠用400 VⅢ段、Ⅳ段相互聯(lián)絡(luò)，內(nèi)江400 V廠用Ⅴ段、Ⅵ段相互聯(lián)絡(luò)，400 V廠用Ⅶ段、Ⅷ段相互聯(lián)絡(luò)。外江廠房400 V照明Ⅰ段電源接引至10.5 kVⅡ段，照明Ⅰ段與400 V廠用Ⅳ段聯(lián)絡(luò)，內(nèi)江廠房400 V照明Ⅱ段電源接引至10.5 kVⅤ段，照明Ⅱ段與400 V廠用Ⅷ段聯(lián)絡(luò)。泄水閘400 V配電系統(tǒng)每兩段相互聯(lián)絡(luò)。圖3為外江400 V廠用電系統(tǒng)接線，圖4為內(nèi)江400 V廠用電系統(tǒng)接線。

3 長洲水電廠備自投裝置配置

外江10.5 kVⅠ、Ⅲ和內(nèi)江10.5 kVⅤ段母線分別裝設(shè)了一套線路備自投裝置RCS9652，接于同一段母線上的高壓廠用電與外來電源進(jìn)線作為進(jìn)線備自投方式。外江10.5 kVⅠ、Ⅱ段、Ⅱ、Ⅲ段以及內(nèi)江10.5 kVⅣ、Ⅴ段分別裝設(shè)了一套分段備自投裝置RCS9651。400 V廠用、壩頂、船閘、廠用與照明相鄰母線裝設(shè)了一套分段備自投裝置RCS9651。

圖3 外江400 V廠用電系統(tǒng)一次接線圖

圖4 內(nèi)江400 V廠用電系統(tǒng)一次接線圖

3.1 分段備自投裝置RCS9651

分段備自投裝置RCS9651采用失壓加欠流動作兩個條件作為判斷依據(jù)。該裝置共采集了以下模擬量和開關(guān)量：I1、I2、UA1、UB1、UC1、UA2、UB2、UC2、1DL和2DL開關(guān)位置接點(diǎn)（TWJ）、3DL位置接點(diǎn)（TWJ），其中I1、I2分別是兩段母線供電電源的一相電流值，其作用是避免電壓互感器斷線時(shí)備自投誤動，同時(shí)也是進(jìn)一步確認(rèn)母線供電電源開關(guān)已跳閘，UA1、UB1、UC1是某一段母電壓測量值，UA2、UB2、UC2是另一段母電壓測量值。兩段母線供電電源1DL、2DL開關(guān)位置接點(diǎn)（TWJ）以及備自投自帶操作回路產(chǎn)生的聯(lián)絡(luò)開關(guān)3DL位置接點(diǎn)（TWJ），用于系統(tǒng)運(yùn)行方式判別、備自投準(zhǔn)備及備自投動作。裝置將兩段母線供電電源1DL和2DL的KKJ串連后接入KKJ閉鎖備自投開入即備自投裝置放電，同時(shí)還有一個閉鎖備自投輸入接點(diǎn)。

（1）充電條件。①兩段母線電壓正常，同時(shí)兩段母線及出線均無故障；②兩進(jìn)線斷路器分別在合閘位置，母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)在分閘位置。當(dāng)滿足以上條件，延時(shí)15 s完成充電。

（2）放電條件。①母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)在合閘位置；②兩段母線電壓值均為零，且延時(shí)15 s；③備自投外部閉鎖輸入有開入信號（檢測到另一母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)在合閘位置或者保護(hù)動作跳閘）；④手跳兩段母線任一進(jìn)線開關(guān)（KKJ閉鎖備投開入=0）；⑤控制回路斷線，彈簧未儲能，兩段母線任一進(jìn)線開關(guān)或聯(lián)絡(luò)開關(guān)的TWJ異常。

（3）動作過程。充電完成后，兩段母線中的一段失去電壓，同時(shí)失去電壓母線供電電源一相電流值為零，另一段母線電壓測量值正常同時(shí)無手動跳閘信號輸入和備自投外部閉鎖輸入沒有開入信號，經(jīng)t1延時(shí)跳開失壓母線進(jìn)線側(cè)開關(guān)（至發(fā)跳令起400 ms內(nèi)開關(guān)未跳開則放電，結(jié)束本次自投），確認(rèn)進(jìn)線側(cè)開關(guān)在跳閘位置后延時(shí)t2合上兩段母線間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

（4）電壓互感器斷線判據(jù)。當(dāng)自投投入或復(fù)合電壓閉鎖投入時(shí)，備自投裝置自動投入母線電壓互感器斷線檢查功能。母線電壓互感器斷線依據(jù)為：①母線正序電壓小于30 V，且母線供電電源電流值大于0.02 In或母線供電電源開關(guān)在跳位、母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)在合位且另一母線供電電源電流值大于0.02 In；②母線負(fù)序電壓大于8 V。若上面任何一條件滿足時(shí)經(jīng)10 s延時(shí)報(bào)該母線電壓互感器斷線，電壓互感器斷線信號消失后經(jīng)2.5 s延時(shí)立刻返回。母線電壓互感器斷線期間，備自投裝置復(fù)合電壓閉鎖功能會自動退出。

3.2 進(jìn)線備自投裝置RCS9652

進(jìn)線備自投裝置RCS9652和分段備自投裝置RCS9651一樣，同樣是失壓加欠流作為判據(jù)。兩者模擬量和開關(guān)量的采集輸入基本一致。

（1）正常充電條件。①常用進(jìn)線電源電壓正常；②常用進(jìn)線電源進(jìn)線開關(guān)在合閘位置；③備用電源電壓正常且進(jìn)線開關(guān)在熱備用狀態(tài)。滿足以上條件，經(jīng)15 s完成充電。

（2）放電條件。①備用電源電壓值為零，經(jīng)15 s延時(shí)完成放電；②備用電源進(jìn)線開關(guān)已合上；③手跳常用電源（KKJ=0）；④其他外部閉鎖信號；⑤常用電源、備用電源進(jìn)線開關(guān)的TWJ不正常；⑥備自投裝置整定的控制字備用電源進(jìn)線開關(guān)自投的方式不允許。

（3）動作過程。10.5 kV系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，若常用電源無壓，備用電源電壓正常，且檢測不到外部閉鎖輸入信號，經(jīng)延時(shí)t3發(fā)令跳常用電源進(jìn)線開關(guān)（至發(fā)跳令起400 ms內(nèi)開關(guān)未跳開則放電，結(jié)束本次自投），確認(rèn)常用電源進(jìn)線開關(guān)跳開后，合備用電源進(jìn)線開關(guān)。

4 長洲水電廠備自投裝置運(yùn)行方式

4.1 由廠用電LCU自動選擇備投裝置的投退方式

阿里沒有母親了。這個悲哀的聲音，成了他心里的母親。阿里一天的精神寄托只能依賴于此，他又怎么忍心去剝奪阿里的這一點(diǎn)點(diǎn)念想？阿東想，姆媽，你能不能告訴我，我應(yīng)該怎么做？

（1）若長洲水電廠10.5 kV系統(tǒng)分段運(yùn)行（即外江廠用電LCU檢測到其中兩個分段開關(guān)32、21均處于分閘位置，內(nèi)江廠用電LCU檢測到其中分段開關(guān)54均處于分閘位置），廠用電LCU自動開放分段備投裝置的備投功能，閉鎖進(jìn)線備投裝置的備投功能，外江兩套分段備自投裝置動作順序用備自投動作時(shí)間進(jìn)行配合。10.5 kV系統(tǒng)的運(yùn)行和備投方式轉(zhuǎn)入10.5 kV系統(tǒng)其中兩段聯(lián)絡(luò)運(yùn)行的方式。

（2）若外江10.5 kV系統(tǒng)其中兩段聯(lián)絡(luò)運(yùn)行（即外江廠用電LCU檢測到其中一個分段開關(guān)處于合閘位置），內(nèi)江10.5 kV系統(tǒng)兩段聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，廠用電LCU自動閉鎖兩套分段備投裝置的備投功能，開放兩套進(jìn)線備投裝置的備投功能；若任一段失電，該段的進(jìn)線備投動作；對于兩段同時(shí)失電的情況，兩套進(jìn)線備投裝置可同時(shí)動作，投入外來進(jìn)線電源。

（3）400 V母線備自投與10.5 kV備自投動作順序通過時(shí)間來進(jìn)行配合

（4）備投方式不考慮10.5 kV三段母線同時(shí)失電的情況。

4.2 長洲水電廠備自投動作時(shí)間整定

（1）外江備自投動作時(shí)間。①10.5 kVⅠ、Ⅱ段廠用母線間分段備自投動作時(shí)間為1.3 s。②10.5 kVⅡ、Ⅲ段廠用母線間分段備自投動作時(shí)間為1.0 s；③10.5 kVⅠ段母線進(jìn)線備自投動作時(shí)間為1.6 s；④10.5 kVⅢ段母線進(jìn)線備自投動作時(shí)間為1.6 s；⑤400 V各相鄰兩段母線間分段備自投動作時(shí)間為1.9 s。

（2）內(nèi)江備自投動作時(shí)間。①10.5 kVⅣ、Ⅴ段廠用母線間分段備自投動作時(shí)間為1.3 s；②10.5 kVⅤ段母線進(jìn)線備自投動作時(shí)間為1.6 s；③400 V各相鄰兩段母線間分段備自投動作時(shí)間為1.9 s。

5 備自投裝置試驗(yàn)分析

長洲水電廠備自投裝置做了大量現(xiàn)場試驗(yàn)，現(xiàn)對內(nèi)江備自投某一次試驗(yàn)進(jìn)行分析。

5.1 試驗(yàn)過程

（1）退出864開關(guān)本體高連低壓板，上位機(jī)斷開864開關(guān)，分段備自投動作964開關(guān)分閘，54開關(guān)合閘。

（2）退出865開關(guān)本體高連低壓板，上位機(jī)斷開865開關(guān)，進(jìn)線備自投動作965開關(guān)分閘，54開關(guān)分閘，95開關(guān)合閘。（此時(shí)10.5 kVⅣ段失電，廠用400 VⅧ段、Ⅴ段失電，壩頂泄水閘配電室Ⅴ段失電，分段備自投動作408開關(guān)分閘，Y78開關(guān)合閘，405開關(guān)分閘，Y65開關(guān)合閘，415開關(guān)分閘，B56開關(guān)合閘）。

5.2 進(jìn)線備自投動作過程分析

（1）圖5是進(jìn)線備自投邏輯圖。1DL對應(yīng)965開關(guān)，3DL對應(yīng)54開關(guān)，2DL對應(yīng)95開關(guān)，TWJ是是跳閘位置接點(diǎn)，I1是965開關(guān)一相負(fù)荷電流，UI是10.5 kVⅤ段電壓，取自Ⅴ段母線電壓互感器，UII是10.5 kVⅣ段電壓，取自Ⅳ段母線電壓互感器，Ux2是95開關(guān)進(jìn)線電壓，取自95開關(guān)下側(cè)電壓互感器，即外電線路電壓互感器，JXY2是檢95開關(guān)線路電壓，由裝置整定，MB1為自投方式1條件，由裝置整定，控制字置“1”時(shí)為進(jìn)線備自投方式1運(yùn)行，1KKJ=0時(shí)為手跳965開關(guān)，3KKJ=0時(shí)為手跳54開關(guān)。

（2）第一個邏輯與是進(jìn)線備自投充電條件，第二個邏輯與是進(jìn)線備自投動作條件，第三個邏輯或是進(jìn)線備自投放電條件。

（3）54開關(guān)合上后，滿足95備自投充電條件且無放電條件，延時(shí)15 s后95備自投充電正常，當(dāng)斷開865時(shí)，10.5 kVⅣ、Ⅴ段無電壓，且965開關(guān)無負(fù)荷電流，同時(shí)外電有電壓，滿足95開關(guān)進(jìn)線備自投動作邏輯，延時(shí)1.6S，發(fā)跳965開關(guān)令，965開關(guān)跳閘后，送一個965開關(guān)跳閘位置接點(diǎn)進(jìn)行與邏輯，再發(fā)合95開關(guān)令，完成進(jìn)線備自投動作邏輯過程。

圖5 進(jìn)線備自投邏輯圖

6 備自投接線遺留問題

（1）由于原備自投接線設(shè)計(jì)的判據(jù)考慮比較完善，外江外來進(jìn)線備自投設(shè)計(jì)僅能做到與1號高壓廠變和3號高壓廠變進(jìn)行備投，對于1號高壓廠變或3號高壓廠變單獨(dú)退出運(yùn)行，由2號高壓廠變帶10.5 kVⅠ、Ⅱ段或Ⅱ、Ⅲ段運(yùn)行的情況，若2號高壓廠變失電，目前的備自投接線無法實(shí)現(xiàn)外來電源自動投入。

（2）對于內(nèi)江10.5 kVⅤ段失電，由4號高壓廠變帶10.5 kVⅣ、Ⅴ段運(yùn)行的情況，若4號高壓廠變失電，目前的備自投接線無法實(shí)現(xiàn)外來電源自動投入。

（3）對于外江1號高壓廠變或3號高壓廠變退出運(yùn)行造成10.5 kVⅠ段或Ⅲ段失電需投入外來電源進(jìn)線的情況，原設(shè)計(jì)跳高壓廠變進(jìn)線斷路器和相鄰母線母聯(lián)斷路器后再合上外來電源進(jìn)線斷路器。跳相鄰母線母聯(lián)斷路器的接線設(shè)計(jì)為多余。

7 備自投裝置應(yīng)用注意事項(xiàng)

（1）不同電壓等級間的備自投要注意時(shí)間的整定配合。長洲水電廠具有10.5 kV和400V兩種電壓等級的備自投。必須整定好各備自投裝置的動作時(shí)間，同時(shí)長洲水電廠由于各輔機(jī)配電盤柜都有雙電源切換裝置，因此雙電源切換裝置動作時(shí)間也必須配合備自投裝置。長洲水電廠雙電源切換裝置動作時(shí)間根據(jù)備自投裝置的動作時(shí)間設(shè)置為2.1 s。

（2）在做備自投試驗(yàn)時(shí)要注意相關(guān)保護(hù)壓板的影響。長洲水電廠在10.5 kV和13.8 kV開關(guān)柜上設(shè)置了高聯(lián)低保護(hù)壓板，在做備自投試驗(yàn)時(shí)要退出10.5 kV或13.8 kV開關(guān)柜高聯(lián)低保護(hù)壓板，以達(dá)到驗(yàn)證備自投裝置是否會跳開進(jìn)線開關(guān)。

（3）在倒換10.5 kV廠用電時(shí)要注意閉鎖400 V和10.5 kV備自投動作。例如長洲水電廠在做62B帶10.5 kVⅡ、Ⅲ段聯(lián)絡(luò)運(yùn)行時(shí)，首先要考慮把10.5 kVⅢ段所帶重要廠用負(fù)荷轉(zhuǎn)移，然后把400 VⅢ、Ⅳ段間分段備自投閉鎖壓板投入，再把10.5 kVⅢ段進(jìn)線備自投、分段備自投控制把手放切除位置，在整個操作過程中閉鎖備自投動作。

（4）在10.5 kV或400 V母線檢修恢復(fù)運(yùn)行前要對備自投裝置進(jìn)行試驗(yàn)。

8 結(jié)語

長洲水電廠自投產(chǎn)以來備自投裝置經(jīng)過嚴(yán)格的廠用電源實(shí)際各種運(yùn)行方式切換試驗(yàn)，動作邏輯正確無誤，符合設(shè)備安全運(yùn)行的要求，為電站安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。滿足了水電廠對廠用電可靠性的要求。

（責(zé)任編輯：劉征湛）

Application of backup automatic switching device at Changzhou Hydropower Plant

JIAN Sheng-ping
(Guangxi Changzhou Hydropower Development Co.,Ltd.,Wuzhou 543002,China)

The 10.5kV and 400V station-service power system of Changzhou Hydropower Plant were respectively equipped with incoming line backup automatic switching device and sectional backup automatic switching device.An introduction was made on the charging and discharge conditions,action logic and selection of operating modes.The testing results of backup automatic switching device was analyzed.The author also presents the potential problems and issues in need of special attention during application.

Station-service power;backup power;incoming line backup automatic switching;sectional backup automatic switching;Changzhou Hydropower Plant

TV734

B

1003-1510（2016）06-0035-05

2016-10-08

簡圣平（1981-）男，江西新余人，廣西長洲水電開發(fā)有限責(zé)任公司助理工程師，主要從事水電站運(yùn)行技術(shù)工作。