水电站技术供水的双电源切换装置分析

侯坤 李均 卿启维

摘 要：水电站技术供水是保证水轮发电机各部轴承降温的重要手段。传统技术供水电源系统由两段电源供应两台技术供水泵进行轮换。本文对水电站技术供水双电源切换装置可靠性进行研究，客观分析3种方案的优缺点，以便其更好地应用于水电站。

关键词：技术供水;双电源切换;供水电源

中图分类号：TM564 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）23-0133-03

Abstract： Technical water supply of hydropower station is an important means to ensure the cooling of each part of the hydro-generator. The traditional technical water supply power system uses two-stage power supply to supply two technical water supply pumps for rotation. This article studies the dual power supply switching device for technical water supply of hydropower station ， Objectively analyze the advantages and disadvantages of the three options for better application in hydropower stations.

Keywords： technical engineering water;dual power supply switching;power of water supply

水电站技术供水系统[1]的主要对象是各种机电运行设备，有发电机空气冷却器、发电机推力轴承及导轴承油冷却器、水轮机导轴承及主轴密封、水冷式变压器以及水冷式空气压缩机等。它的主要作用是对运行设备进行冷却，有时也用来进行润滑（如水轮机橡胶瓦导轴承）和水压操作（如高水头电站主阀）。

水电站技术供水系统的电源供电可靠性关系到机组的稳定运行，是保证水电站的安全、经济运行不可缺少的重要组成部分。目前，水电站普遍采用两段电源供应主备两台技术供水泵进行轮换，可以在一定程度上保证供电可靠性，但仍存在薄弱环节。对技术供水电源系统进行改造，最终实现发生不对称电源故障时仍旧可以可靠供电的目的。

1. 水电站技术供水系统概述

1.1 技术供水系统简介

水电站机组技术供水系统采用水泵单元二次循环供水方式。供水对象包括发电机空气冷却器和前后径向轴承冷却器的冷却水。水泵于循环供水池取水，至尾水冷却器冷却后供给机组各冷却器。采取单元供水，每个单元一台主供水泵，一台备用供水泵，且主备泵之间设置有联络管。

1.2 技术供水电源系统

传统水电站技术供水电源系统由厂用电400 V Ⅰ段供应主用水泵，由厂用电400 V Ⅱ段供应备用水泵，如图1所示。分段供电技术供水使水泵供电可靠性有所保障，但也存在一定的安全隐患。当出现单段电源故障与另一段供电水泵不对称故障时，传统技术供水电源系统将无法提供电源供应，大大增加了机组非计划停运风险，因此要对技术供水双电源切换装置进行分析。

2 水电站技术供水电源系统改进建议

水电站技术供水电源系统存在的供电隐患共有3个方案可以解决，下面对每个方案进行分析并给出相关建议。

2.1 采用双段进线开关供电

本方案可以最大限度地保证在原有线路不改变的情况下，只在1号泵动力柜内并接1号电源至2号泵动力柜内增加400 V Ⅰ段电源进线开关电源，在2号泵动力柜内并接2号电源至1号泵动力柜内增加400 V Ⅱ段电源进线开关电源，从而实现单台泵两段电源供电，具体线路见图2。

本方案的优点是最大限度地保留了原有设备不变化，新增两套开关及线路完成两套电源供电。但是，它的缺点是电源消失后人员需要现场进行操作。人为操作要求较高，容易出现人为误操作导致电源并列情况，难以保障供电安全。

2.2 采用双接触器开关供电

在原有接线基础上加装两台满足容量要求的接触器开关，400 V Ⅰ段接入1号水泵1号接触器开关和2号水泵1号接触器，400 V Ⅱ段接入1号水泵2号接触器开关和2号水泵2号接触器开关，1号水泵1号接触器开关与1号水泵2号接触器开关出线侧并接后接入1号水泵软启动供电，2号水泵1号接触器开关与2号水泵2号接触器开关出线侧并接后接入2号水泵软启动供电;1号水泵1号接触器为主用接触器，保持长期带电接通，2号水泵2号接触器为主用接触器，保持长期带电接通。当出现电源故障时自动进行切换[2]，如图3所示。

本方案的优点是实现了双电源供电特点，改造成本较低，原理简单方便，电源故障发生时可以快速切换电源，从设备本体上排除了人员误操作的可能性。它的缺点是主用接触器长期处于带电接通状态，接触器接点老化加速，接触器需要定期检查更换，确保供电可靠性。

2.3 采用两套双电源切换装置供电

选用两台双电源切换装置，分别给1号技术供水泵和2号技术供水泵供电。400 V Ⅰ段直接给1号双电源切换装置供电[3]，通过进线开关给2号双电源切换装置供电。400 V Ⅱ段直接给2号双电源切换装置供电，通過进线开关给1号双电源切换装置供电。接线原理如图4所示。

本方案的优点是供电可靠性大大提高，不需要人为进行干预，排除了误操作可能，电源自动切换，排除了供电真空期，故障情况下可更加快速准确地进行电源切换，以满足特殊情况下两台水泵同时启动的要求。它的缺点是经济成本较高，双电源切换装置出现故障后更换难度较大，维护较为不便。

2.4 采用单套双电源切换装置供电

选用一台双电源切换装置，给1号技术供水泵和2号技术供水泵供电。400 VⅠ段与400 VⅡ段接入双电源切换装置进线侧，电源供电一主一备;1号技术供水泵软启动进线端和2号技术供水泵软启动进线端使用母排连接，双电源切换装置[4]出线端连接软启动进线母排保障了不对称电源水泵故障时电源供电的可靠性。接线原理如图5所示。

本方案的优点是供电可靠性较高，电源切换不需要人为进行干预，相较于双套电源切换装置而言，经济成本适中，改动最小。它的缺点是无法满足特殊试验条件下两台技术供水泵同时启动，双电源出线侧母排发生接地或其他故障，将会导致两台技术供水泵均无法正常启动，风险点增多。此外，电源单段检修时，停电措施较难完全隔离。

3 吉牛水电站技术供水双电源改造情况

吉牛水电站位于四川省甘孜州丹巴县革什扎河干流上，是革什扎河流域“一库四级”水电开发方案中的最末一级，为低闸引水式电站，设计水头为506 m，总装机容量为240 MW，装有2台单机容量为120 MW的冲击式六喷六折水轮发电机组，设计多年平均发电量为11.83亿 kW·h，年利用小时数为4 929 h。该电站于2009年5月开工建设，2013年12月全面建成投产，在四川电网中担负调峰、调频、调压以及事故备用任务。

吉牛水电站技术供水系统[5]按机组分为2个相同单元，每单元由2台长轴深井泵、技术供水池、2台全自动滤水器和电气控制回路等组成。每台机组1号、2号技术供水泵互为备用，当机组运行中两台技术供水泵之间进行切换时，要先停运主用技术供水泵，再启动备用技术供水泵。

2013年投产后，吉牛水电站采用传统供电方式，两台机组均采用技术供水系统，1号水泵由400 V厂用电Ⅰ段供应，2号水泵由400 V厂用电Ⅱ段供应，主备水泵轮换由技术供水可编程逻辑控制器控制系统实现自动轮换。

2019年吉牛水电站机组检修期间两台机组先后进行了技术供电电源改造，均采用单套双电源切换装置供电方案。改造过程中，在最大限度保留原有控制柜内设备布局的基础上进行设备新增及线路改造。整个项目成本适中，改动较小，改造工期可控。改造完成后两年的运行检验实践显示，它的供电可靠性获得了提高，设备运行正常。

4 结语

水电站技术供水双电源切换装置的使用将大大提高供电可靠性，减少因技术供水电源故障导致的机组非计划停运。根据已建成电站的地理位置、环境条件以及资金支持等因素选择合适的供电方案[6]，将降低运行人员操作复杂度，提高设备供电可靠性。新建电站可以联系设计院从电站设计初就考虑双电源供电方案，从而为后续运行维护提供便利。

参考文献：

[1]周雄.水电站技术供水方案综述[J].四川水力发电，2006（4）：64-66.

[2]庄光前.机械式双电源快速切换装置：CN208904750U[P].2019-05-24.

[3]韩艳.双电源自动转换开关（ATSE）的发展[J].中国高新技术企业，2009（5）：11-12.

[4]张星.双电源切换开关电器应用现状分析[J].科技风，2015（7）：96.

[5]郑源，王超.高水头水电站技术供水系统设计[J].水利水電工程设计，2001（3）：20-22.

[6]黄昱，易中有，曹波.中美水电标准中水电站技术供水系统要求的对比分析[J].水电自动化与大坝监测，2020（1）：83-86.