略說電站用電的設備設計

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1.常用備投方案

國內現有的備投型式大致可分為三種：①傳統繼電器型式，雖價格便宜，但備投裝置體積大，開關動作慢，接線復雜，觸電易損壞，靈活性較差，現今已經很少使用；②微機型備投裝置，其特點是有完善的故障邏輯判別和可靠的故障響應，維護方便；僅適用于內部邏輯預置的模式，用于典型廠用電接線；③可編程控制器控制（PLC）備投裝置，PLC備投裝置具有通用性強，靈活性好，接線簡單，易擴展，可靠性高，抗干擾能力強，定時準確等優點。本站10.5kV三段母線及0.4kV自用廠用電四段母線備投均采用PLC備投裝置。但此方案中，PLC裝置本身不具有繼電保護功能，需要另配母線、進線及母聯的微機保護裝置。

1.1概述

10.5kV廠用電分三段母線供電，分別定義為為I、II、III段，兩兩之間設有母聯斷路器，進線共四條。參與備投控制的斷路器有21QF，22QF，61QF，413QF，432QF，412QF。6QF為常閉狀態，不參加備投操作。PLC可根據母線及斷路器輸入的不同的狀態，通過內部程序的邏輯判斷，發出執行命令，動作相關斷路器，實現廠用電的備投功能。其內部程序可根據不同工況進行修改。

1.2備投動作分析

動作原則a.正常情況下I，II段母線互為備投，PLC判斷I，II段母線任一段有電情況下，不啟動III段備投；只有判斷I,II段母線均失電，才b.為了簡化在“母線檢修”情況下的程序并保證運行安全，三個聯絡開關均設允許/禁止合閘限制位（置“1”為允許合閘；置“0”為禁止合閘）；三段母線各設檢修狀態位（置“1”為檢修狀態）。限制位及狀態位信號均輸入PLC。c.此動作原則并非通用原則，而是根據電站的運行特點，為了更方便、安全的完成供電任務而制定，僅適用于本電站高壓廠用電的設計，必要時可進行修改。幾種工況的動作說明工況1、I段（或II段）母線失電，另兩條母線正常運行a.當PLC檢測出I段（或II段）母線失壓無流，且II段（或I段）母線有壓時，根據（1）項中原則a，PLC發出命令分I段（或II段）母線進線斷路器21QF（或22QF），合I，II段母聯斷路器412QF；b.在a過程中，如故障范圍擴大，PLC檢測I，II段均失壓無流且III段母線有壓時，PLC發出命令分兩段進線斷路器21QF和22QF及I，II段母聯斷路器412QF，合I，III段母聯斷路器413QF和II，III段母聯斷路器432QF。工況2、I，II段母線同時失電，III段母線正常運行a.當PLC檢測I段和II段母線同時失壓無流，且III段母線有壓，PLC發令分進線斷路器21QF，22QF，分I，II段母聯斷路器412QF，合I，III段母聯斷路器413QF和II，III段母聯斷路器432QF。b.在a過程中，如故障范圍擴大，PLC檢測I，II，III段母線均失壓無流時，進入“黑啟動”準備狀態，同時通過通訊接口向0.4kV廠用電PLC發出進入黑啟動狀態指令。PLC發出指令分21QF，22QF，412QF，413QF，432QF；并發出指令跳開10.5kV母線上部分負荷回路（即甩負荷，保留重要負荷回路以保證電廠內安全，如滲漏排水泵。具體跳開哪些回路可在PLC邏輯中設定），并要求有跳閘反饋信號送回至PLC，10.5kV負荷跳閘完成信號作為啟動柴油發電機的一個條件待用。工況3、I，II，III段母線同時失電PLC檢測I、II、III段母線同時失壓無流時，PLC直接進入黑啟動準備狀態，PLC操作過程與b狀態相同。工況4、I段（或II段）母線檢修，另兩條母線正常運行根據（1）項中原則c，I段（或II段）母線檢修態置“1”，I，II和I，III母聯開關412QF和432QF合閘允許位置“0”，即禁止合閘。如此時II段（或I段）母線發生失電，PLC發出合II，III段母聯斷路器432QF。工況5、III段檢修，I，II段母線正常運行根據（1）項中原則c，III段母線檢修態置“1”，I，III和II，III母聯開關合閘允許位置“0”，即禁止合閘。如此時I段（或II段）母線發生失電，合I，II段母聯斷路器412QF。以上幾種工況是電站運行中較為常見的工況，其他未列出工況出現幾率較小，這里不予論證。

2.0.4kV廠用電備投設計簡析

2.1概述

0.4kV自用電備投（公用電備投）操作均采用PLC控制，自用廠用電用于4臺發電電動機組及其輔助設備的電源供給，公用廠用電用于全廠公用設備的電源供給。自用電和公用電電源均由10.5kV廠用電母線，經低壓廠用變供電，各分為四條母線，分別定義為為I、II、III、IV段，相鄰兩段母線之間配置母線斷路器。

2.2備投動作分析

動作原則a.每段母線只考慮帶另外一段母線運行，不考慮帶兩段及以上母線運行；b.I，II段母線之間及III，IV段母線之間為兩組優先備投關系母線，例如在II段和IV同時失電，而I段母線有電情況下，I段母線要首先向II段母線備投，而不向IV段母線備投；優先母線的分組是根據電源來源劃分的，I，II段母線電源來自10.5kV不同的母線段，因此設定為優先關系。c.由圖2可知每段母線均有兩個與之互為備用的母線，在其中一條母線向其備投過程中，如出現母聯斷路器合閘后又馬上跳開的情況，說明失電母線上有尚未解決的故障點，此時不啟動另一條母線再向失電母線備投。d.在母線檢修情況下，四個聯絡開關各設允許/禁止合閘限制位（置“1”為允許投入，置“0”為禁止投入）；四段母線各設檢修狀態位（置“1”為檢修狀態），限制位及狀態位信號均輸入PLC。e.兩段及兩段以上母線檢修，不在考慮工況范圍內。幾種工況的動作說明工況1、任一段母線失電，其他三段母線正常運行a.根據項中備投原則b，任一段母線失電，按其優先備投關系母線對其進行備投，即當PLC檢測I段（或II段）失壓無流，II段（I段）母線有壓，則分進線斷路器41QA（或42QA），合母線斷路器412QA；III段、IV段任一段失壓無流，動作過程與之相同。b.在a過程中，如事故范圍擴大，發生第二段母線失電，則按照工況2的任二段母線失電動作。工況任二段母線失電，其他兩段母線正常運行a.當I，II段母線之一和III，IV段母線之一同時發生失電，且另外兩條母線有電，則備投過程同工況1；b.當I，II段同時發生失電，且檢測III，IV段有電，此時不能遵守優先級原則進行備投，則PLC發出命令分進線斷路器41QA，42QA，段母聯斷路器412QA；合II，III段母聯斷路器423QA和I，IV段母聯斷路器414QA；III，IV段同時發生失電與之相似。這種不按照優先級的運行方式，還會發生在母線檢修，實驗時人為手動操作，或優先關系母聯斷路器故障等情況中。c。在以上過程中，如果事故范圍擴大，發生第三段母線失電，則按照工況3中描述的任三段母線失電動作。工況3、任三段母線失電，另外一根母線正常運行a.根據項中備投原則a，任三段母線失電，帶電母線只向具有優先備投關系的母線進行備投，而不考慮向第三條母線進行備投。b.需要特殊說明的是，當三段母線失電的原始狀態為兩組非優先級備投投入時，根據備投原則3，沒有故障的母線仍然保持原狀態向非優先關系母線供電。例如：在I段母線向IV母線備投，II段母線向III段母線備投時，I段母線發生失電，此時II段仍然向III段母線供電，而不執行優先級原則去備投I段母線。c.在情況三過程中，如事故范圍擴大，發第四段母線失電，則啟動0.4kV黑啟動程序。工況4、四段母線失電當0.4kV備投PLC裝置檢測到0.4kV四段母線均失壓無流時，并收到10.5kV備投PLC裝置發出的黑啟動指令信號后，啟動0.4kV黑啟動程序，PLC發出指令跳開0.4kV母線上部分負荷回路（甩負荷，負荷回路可設定）并要求有跳閘反饋信號送回PLC，0.4kV負荷跳閘完成信號作為啟動柴油發電機的另一個條件待用。工況5、任一段母線檢修，另外三段母線正常運行根據項中備投原則d，檢修段母線檢修態置“1”，與其連接的母聯開關合閘允許位置“0”，即閉鎖合閘。當發生其他母線失電情況，按照以上工況情況動作。以上幾種工況是0.4kV廠用電系統運行中較為常見的工況，其他未列出工況出現幾率較小，這里不予論證。

3.黑啟動

3.1黑啟動概念

整個電站由于系統故障造成機組停運并全廠廠用電消失后，處于全“黑”狀態，不依賴其他電源幫助，通過柴油發電機，給發電機啟動輔助設備提供交流電源，同時利用電廠直流蓄電池系統提供的直流電源，共同帶動無自啟動能力的發電機組，使發電機組向廠用電供電，逐漸擴大廠用電恢復范圍，最終實現整個電站電力的恢復。另外，全廠的公用設備的運行，如滲漏泵等，也需要及時的恢復電源，以保證廠房的安全。因此黑啟動功能不僅電網發展的需要，還是電站在全廠失電情況下安全生產自救的必要措施。

3.2黑啟動投入

如前面所述，當10.5kV備投PLC收到10.5kV甩負荷完成信號、0.4kV自用電及公用電甩負荷完成信號之后，PLC發出啟動柴油發電機命令，合61QF，待柴油發電機怠速啟動至額定頻率后，PLC檢測到III段母線電流電壓正常，合母聯斷路器413QF，432QF，逐次恢復各級廠用電。總結綜上所述，使用PLC備投裝置對于像抽水蓄能電站這樣廠用電復雜的大型電站極其適用。利用軟件的可編程，最大限度的滿足了千變萬化的現場要求；使用靈活方便，且接線簡單，大大節省了資源，使成本降低；并易于安裝和維護。值得在大中型水電站廠用電系統中全面推廣。

作者：常穎 余志剛 朱姝 張崢 單位：中水東北勘測設計研究有限責任公司