安谷水电站10 kV厂用电备自投系统的设计

李 由， 姚 坤， 何 国 珍

(1.四川省水利水电勘测设计研究院，四川 成都 610072；2.中国水电建设集团圣达水电有限公司，四川 乐山 614013)

1 概 述

安谷水电站是大渡河干流水电梯级开发中的最后一级，坝址位于乐山市安谷河段的生姜坡，距上游沙湾水电站约35 km，下游距乐山市区约15 km，有省道S103从枢纽区左岸通过，对外交通较方便，可将设备运至主厂房安装间。电站装机容量为772 MW，装设4台单机容量为190 MW的轴流转桨式水轮发电机组(1-、～4#机组)和1台12 MW的轴流转桨式水轮发电机组(5#机组，生态机组)。电站以220 kV电压等级接入电力系统，按无人值班(少人值守)设计。该电站全部机组已于2015年9月投入商业运行。

安谷水电站厂用电系统采用两级电压供电，分别为10 kV高压厂用电系统和400 V低压厂用电系统，其组成形式及作用为：

(1)10 kV高压厂用电系统：由五段母线组成，第一、二段母线进线电源分别引自1#、3#机组离相封闭母线，经厂变降压至10 kV；第三段母线进线电缆引自5#机组10 kV开关柜(5#机组出口电压为10 kV)；第四、五段母线位于电站大坝集控房内，进线电源分别引自35 kV外来电源和柴油发电机。10 kV高压厂用电系统为机组自用变、全厂公用变、照明用变、检修排水深井泵、坝区配电变、船闸及库尾等提供电源。

(2)400 V低压厂用电系统：由机组400 V自用电系统、全厂400 V公用电系统、照明400 V用电系统及坝区400 V配电系统组成，各400 V系统均为两段母线，为全厂机组辅助设备和公用设备等提供动力及辅助电源。

2 安谷水电站10 kV厂用电备自投

2.1 安谷水电站10 kV厂用电系统的运行方式

安谷水电站10 kV厂用电系统见图1。

图1 10 kV厂用电系统结构图

10 kV厂用电系统正常运行时，1SM、2SM、3SM分别独立运行，即1G8、2G5母联开关断开，4G3、5G4断开。坝区供电(4SM、5SM)由3SM提供，即3G8、4G7为常闭。1SM与5SM通过1G4、5G3的连接回路不纳入10 kV备自投控制范围，但需进行相关闭锁接线。

当10 kV厂用电系统发生故障时，故障运行方式为：

①10 kV母线1SM失电，判断2SM母线是否有电？若有，则断开1G5，合上1G8。

②10 kV母线2SM失电，判断3SM母线是否有电？若有，则断开2G3，合上2G5。

③10 kV母线3SM失电，判断2SM母线是否有电？若有，则合上2G5。

④10 kV母线1SM、2SM失电，判断3SM母线是否有电？若有，则断开1G5、2G3，合上1G8、2G5。其他两段母线失电情况同理。

⑤10 kV母线1SM、2SM、3SM同时失电，则断开1G5、2G3、6SG，合上4G3、1G8、2G5，由外来电源供电。

⑥10 kV母线1SM、2SM、3SM、4SM同时失电，则断开1G5、2G3、4G3、3G8、6SG、5G3，合上4G7、5G4,以保证大坝供电。

其中柴油发电机(DG)采用手动启动方式。

2.2 备自投运行方式及闭锁条件

安谷水电站10 kV厂用电系统采用1台由太原合创生产的WBT196D-IV分段备用电源自投装置以实现备自投功能。

设计初期，断路器合闸闭锁条件按照厂用电正常运行及各种故障运行方式设计。其闭锁方式较为复杂，例如1G5进线断路器，考虑到正常运行及故障运行时，其闭锁条件见图2。

图2 10 kV厂用电系统1G5合闸闭锁条件示意图

如图2所示，1G5断路器闭锁条件由三部分组成：

(1)正常运行时，1SM母线相关的母联断路器必须全部断开1G5才能合闸，由THA1为1SM母线供电；

(2)当2SM母线发生供电故障且3SM正常运行、需要由1SM母线带2SM母线时，2SM母线与3SM相关的母联断路器及2SM母线进线断路器必须全部断开，且1SM母线与2SM母联断路器合闸及1SM母线与3SM母线无关联，1G5才能合闸，由1SM母线带2SM母线；

(3)当2SM母线和3SM母线同时发生故障、需由1SM母线带2SM/3SM母线时，与2SM/3SM母线相关的进线断路器必须全部断开，且4SM/5SM母线均无外来电源，1SM/2SM及 2SM/3SM的母联断路器合闸后1G5才能合闸，由1SM母线带2SM、3SM母线。

由此可见，该闭锁条件考虑运行工况较多，各个闭锁条件亦非常繁琐，并且由正常运行转变至故障运行时逻辑判断亦较多，不利于备自投程序的简洁化。过多的判据反而可能导致备自投逻辑判断进入死循环，从而导致备自投装置无法满足电厂的实际运行要求。

经过与备自投厂家和业主方多次沟通探讨后决定，各个断路器的闭锁条件不再基于正常以及故障运行工况设计，仅考虑是否非同期合闸作为断路器的合闸条件。因为无论是在正常工况运行或在故障情况运行，断路器合闸的基准都是避免出现非同期合闸，所以，只要能保证断路器合闸时一段母线仅有一路电源进入，即能避免出现非同期合闸。1G5断路器合闸闭锁条件优化后的情况见图3。

图3 优化后10 kV厂用电系统1G5合闸闭锁条件图

1G5断路器优化闭锁条件后，只需当1SM母线相关的母联断路器全部处于分闸状况，1G5进线断路器即可以进线合闸操作，由THA1带1SM母线的所有负荷。如此实施，不仅大大减少了断路器合闸回路的闭锁接线，同时亦能满足正常以及故障运行时1G5断路器的闭锁条件。

同时，对于备自投的逻辑控制，我们在与业主沟通并满足闭锁条件的情况下亦进行了相应优化，仅保留1G5备自投且考虑四种动作逻辑，具体情况见图4、5、6、7。

图4 2母备用1母动作逻辑图

(1)第一种动作逻辑；2母备用1母(注：1母备用2母与之类似)。

(2)第二种动作逻辑：3母备用1母、2母。

图5 3母备用1母、2母动作逻辑图

(3)第三种动作逻辑：4进备用带3、4、5母。

图6 4进备用带3、4、5母动作逻辑图

(4)第四种动作逻辑：启动柴油发电机。

3 结 语

安谷水电站10 kV厂用电系统按照优化后的备自投及闭锁条件方案投运后，据电站运行人员反馈信息得知，备自投运行状况良好，其厂用电系统可靠性高。总之，对于电站的厂用电备自投系统设计，应基于可靠、简洁、逻辑清晰等因素，以利于电站的安全稳定运行及后期的运行维护。

(1)以上逻辑图中的3G4开关等同于6SG开关。(2)经与业主沟通，除以上逻辑外，增加了一种备自投方式：Ⅲ段母线失电、Ⅳ段母线进线有电，断开6SG、2G5开关，由外来电源4G3开关自投带Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ段母线,此处不再列出其逻辑图。图7 启动柴油发电机动作逻辑图