白莲崖水电站保厂用电方案的设计及试验

吴广秋

摘要：本文介绍了白莲崖水电站保厂用电方案的设计，以及按照相应的设计方案进行实际验证过程和效果。

关键词：厂用电；黑启动；主接线；电力系统

Abstract: this paper introduces the white lotus cliff hydropower station design of power plant, and in accordance with the corresponding design scheme in the actual validation process and effect.

Keywords: factory electricity; Black start; The Lord connection; Power system

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

引言

白莲崖电站工程位于安徽省六安市霍山县境内，佛子岭水库上游西支漫水河上，距霍山县城约30km，水库总库容4.6亿m3，汇流面积约764km2。发电厂房位于背阴山北侧漫水河右岸，引水式电站地面厂房内安装2台25MW混流式水轮发电机组，电站年平均发电量1.07亿kwh，年装机利用小时数约2140h，电站向安徽电网供电，承担电网的调峰任务。

白莲崖电站2台25MW机组采用二机一变扩大单元接线方式接入110kV母线，通过一台63MW主变压器升压到110kv。

厂用电的可靠与否关系到整个电站的设备能否安全运行，尤其是在电力系统全部停电无外界电源的情况下，能否取得厂用电电源是保厂用电的关键所在。本文介绍了白莲崖电站的保厂用电方案设计以及对保厂用电方案的试验过程，以供相同类型的电站参考。

厂用电接线的设计

本电站厂用电主接线如图1。厂用电源考虑了2个独立电源，分别引自主变压器低压侧（#1厂用变压器）和来自地方35kV电网佛白专线（#2厂用变压器）。电站的厂用电设备用电电压均为交流380/220V，由于设备比较集中，且用电容量不大，所以厂用电采用一级电压供电。

厂用电2台变压器下各设一段馈电母线，厂用Ⅰ段接引自机压母线的#1厂用变压器，作为电站运行的主用厂用电源。厂用Ⅱ段接外来厂用电源，该电源接外来厂用电源，作为Ⅰ段的热备用。2台厂用变压器都按单台可以供全厂用电负荷选择容量。

从2段厂用电母线上各引一路电源至消防配电屏，2条回路相互备用，心保证消防及事故照明用电的可靠。每台机组设有机组自用电屏向机组辅机供电，自用电屏分别由Ⅰ段和Ⅱ段厂用电母线各引一路电源供电。对于厂内重要公用设备用电，如蝴蝶阀油压装置、渗漏排水泵、高压空压机、低压空压机、全厂照明用电等，也从Ⅰ段和Ⅱ段厂用电母线分别引一路电源供电，互为备用。

2 保厂用电方案

正常情况下，#1厂变供电、#2厂变备用（佛白#355开关热备用）。全厂失电后，为尽快恢复厂用电，具体方案有两种：

方案一：联系佛子岭合上佛白#355开关对#2厂变送电。

方案二：若A方案因系统停电无法实施，因白莲崖水电站没有设计柴油发电机组作为备用电源。所以只能采用黑启动#1（#2）水轮发电机组带1#厂变保厂用电。

方案一实施起来比较简单，下面重点介绍方案二，采用黑启动机组带厂用电的方案情况。

水電站黑起动条件的分析

白莲崖水库工程包括水库和电站两个部分，白莲崖水库是治理淮流域重要水库之一，水库是以防汛为主发电为辅。水库总库容4.6亿m3，正常蓄水位208m，发电引水遂洞进口高程为160 m，发电机尾水位正常为117 m。从水库正常蓄水情况来看在电网出现停电的时候，要求黑启动机组提供厂用电，水库水位能够满足要求的。

但是要完成黑启动，机组的硬件和软件均需满足相应的要求，以白莲崖水电站为例，水轮发电机组主要设备的设计和参数应满足下表所示的要求。

黑启动对机组主要设备的要求

上表的机组参数考虑了在系统故障的情况下未能在很短时间内恢复，还考虑了启动失败2次启动的时间要求。可以看出，要满足全黑启动的要求是比较困难的特别是机组的轴承设计、制造、安装必须满足机组黑启动失败带来的风险。

全黑启动的机组对直流系统的要求很高，除了满足起励要求外，还必须满足事故照明的要求。调速器系统及进水阀操作系统的油压及保护必须满足机组至少启、停1次的需求，这2个系统还关系到厂房和机组的安全，在设计中还应满足更高的保安要求。在机组黑启动过程中，对启、停机组的流程均有特殊的设计要求，例如，各辅助系统开机条件的检测和判断，各种保护在启动时闭锁跳机，各系统压力和流量的检测及闭锁等。

不同电厂对黑启动的定义可能存在较大的区别，在本文中重点是讨论保厂用电方案，所以本文讲的黑启动只要满足保厂用的要求就可以了。下面介绍白莲崖电站为保厂用电所做的黑启动过程中各系统设计的技术参数及实现方式。

4 黑启动过程中的关键问题及主要的技术参数

1）解决机组在黑启动过程中各轴承的发热和主轴密封的问题。

白莲崖水电站因没有设计柴油发电机组作为应急电源，因此在系统全面停电后，就没有交流电源，而机组所必须的冷却水就没有开启电源了，所以必须解决好机组在黑启动过程中各轴承的发热和主轴密封的问题。下面分别对白莲崖电站机组轴承冷却与主轴密封用水情况分析。

水轮机导轴承采用自循环稀有润滑油筒式轴承，采用冷却水冷却，冷却水中断后机组能安全运行10min。发电机推力轴承、导轴承润滑油为透平油采用冷却水冷却，在正常运行温度下，如果轴承冷却水中断带额定负荷无损运行10min以上。发电机定子冷却系统为空气冷却，采用水冷冷却器。主轴密封为转动圆盘式橡胶密封，需要0.2—0.5Mpa的压力水润滑。从以上分析来看冷却水短时中断是可以的，但不能超过10min，为此，将机组供水取水口设计在水轮机进水蝶阀前，用来自发电遂洞的压力水经减压阀减压过滤后供机组润滑冷却用水，并在供水系统均设计成手电两用阀门。在无厂用电情况下可以手动启供水系统，确保机组在黑启动时机组仍有技术供水。

2）解决调速器和蝶阀液压操作动力源

机组压油系统是提供机组液压操作动力的装置。在黑启动情况下，没有厂用电交流电源，水电站机组要依靠储气罐和压力油罐气压维持调速器油压和蝶阀油压，以开关导叶和蝶阀。白莲崖水电站中压系统设置了一个4.5MPa、体积为4m3储气罐，只提供调速器用气，加上调速器压力油罐气压（调速器油罐设计时，满足调速器油泵不启动的情况下，导叶接力器在正常下限工作油压经3次接力器全行程动作后，油压仍高于许可的最低操作油压）足以维持调速器操作。

水轮机进水蝶阀选择的型式是液压蓄能式双密封蝶阀，压力油源采用组合式蓄能罐，蓄能罐总容积为4.5倍进水阀接力器的总容积，蓄能罐内置充氮气囊。蓄能罐最小可用油体积满足进水阀关---开——关三次动作，其中最后一次关闭不启动油泵的情况下，蓄能罐尚存的油量仍保持最低允许的油压的要求。

3）解决励磁起励电源的问题

白莲崖水电站机组开机时的正常起励电源取自厂用直流系统，通过正反馈建立机端电压，本电站的直流系统的容量已考虑发机起励问题，因此，黑起动时起励电源不是问题。

4）解决机组控制电源和事故照明电源的问题

在事故情况下，事故照明电源由直流系统通过逆变供给。机组的控制和保护电源同样也是直流系统提供。同时，直流系统还需供给机组黑启动起励磁电源。因此，直流系统中蓄电池的容量至关重要，本电站直流系统中蓄电池的容量为：400A.h。通过计算足以满足黑启动的要求。