桥巩水电站黑启动电源设计

朱鸿儒

（中国能源建设集团广西电力设计研究院有限公司，南宁 530007）

1 电站概述

桥巩水电站是红水河十个梯级水电站中的第九个梯级，上游距乐滩水电站75 km，下游距大藤峡水利枢纽175 km，电站离来宾市迁江镇约1 km。

电站左岸厂房共设8 台灯泡贯流机，单机容量57 MW，主接线为：发电机电压接线采取两机一变扩大单元接线，共4个扩大单元；右岸厂房设1台灯泡贯流机，单机容量24 MW。电站以计算机监控系统为主，配置简易的常规控制设备，运行方式为“无人值班”（少人值守）。

2 增设黑启动电源的必要性

根据运行记录，桥巩水电站全部机组投产以来，出现过2次全部机组停运的情况。

若在全站机组停机期间，有电网大事故导致全网性失电的极端情况，会面临电站厂用电全部消失的风险，此时溢流坝闸门启闭机、厂房渗漏排水等重要负荷供电中断，从而造成水漫溢流坝闸门、水浸厂房的严重事故。如果增设柴油机黑启动电源，一方面可以供给本电站必要的厂用电；另一方面局域网失电时，可通过桥巩水电站安全、快速启动1～2台水轮机组，恢复区域电网供电，最终恢复整个供电系统。因此，黑启动电源对于电站自身安全、对于工程区域电网的可靠运行，具有十分重要的意义。

3 柴油发电机组配置方案

3.1 用电负荷统计分析

根据电站的运行要求，新增柴油机的容量要求在满足泄水闸单孔闸门启闭、厂房渗漏排水、必要的全厂用公用负荷及直流系统负荷等重要负荷同时工作的情况下，还能满足1～2台机组自用电负荷要求，能够同时启动1～2台机组。

3.2 柴油发电机容量选择

本工程在满足重要负荷同时工作的情况下，同时启动1台机组时，总用电负荷达到1 473.2 kW，同时启动2台机组时，总用电负荷达到1 683.3 kW，同时启动3台机组时，总用电负荷达到1 998.45 kW。建议采用容量为1500、1700或2000 kW的柴油发电机。

由于本工程用电负荷分部广、容量大，新增的柴油机组需接入高压厂用电系统才能保障目前黑启动工况下所有用电负荷的需求，因此采用机端电压为10.5 kV的柴油发电机。

3.3 方案比选

根据上述情况，本工程新增柴油发电机组初步拟定以下两个方案进行技术经济比较。方案一：新增1 台1800 kW，10.5 kV 柴油发电机组；方案二：新增2台1000 kW，10.5 kV柴油发电机组。

3.3.1 技术比较

（1）方案一：①单台柴油发电机组，接线方式简单；②控制及监控保护系统均只需配置单套，复杂程度较低；③启动程序简捷，反应迅速；④新增设备较少，利于后期运行维护；⑤单台柴油发电机组如发生故障，黑启动无法进行。

（2）方案二：①两台柴油发电机组，接线方式较复杂；②控制及监控保护系统需配置两台套，复杂程度较高；③涉及双机同期并列问题，启动程序较复杂，启动速度较慢；④新增设备较多，后期运行维护工作量较大；⑤两台柴油发电机组，其中1台故障时，另1台能继续带部分负荷启动。

3.3.2 方案选择

由上可知，虽然单台1800 kW 柴油发电机组要远高于1000 kW，但因方案二需要配套两台机组，使得机组整体投资及土建投资均高于方案一，经济可行性差。

从机组运行特性考虑，方案二较方案一多1 台柴油发电机组，虽然在设备配置上可靠性略高，但同时也存在两台柴油发电机组同期并列的问题，柴油发电机组的启动程序要复杂、启动速度慢，不利于黑启动的快速响应。而且方案二设备较多，后期运行维护工作量也较大。因此采用方案一，即增加1台1800 kW、10.5 kV柴油发电机组。

3.4 柴油发电机布置及接入方案

由于本工程新增柴油发电机容量较大，电站原地方电网外来的35 kV 备用电源现已经停运，新增的柴油发电机可以替换接入10.5 kV 厂用I 段及IV段母线，接线方案见图1。

图1 桥巩水电站新增柴油发电机组黑启动电源接线示意图

4 柴油发电机组的控制与保护

4.1 自动控制系统

本工程新安装10.5 kV 柴油发电机组1 台接入施工变电站现有10.5 kV 母线，作为电站黑启动及应急电源。电站正常运行时，厂用10.5 kV I 段或10.5 kV IV 段送电至施工变10.5 kV母线，作为站用电及近区负荷备用电源。施工变电站内的柴油机组、10.5 kV配电设备及直流电源设备等附属设施接受水电站计算机监控系统的全面监控，执行电站黑启动厂用电恢复流程。

施工变电站目前采用的综合自动化系统实现保护、控制、通信、测量、信号等功能，继续保留利用，10.5 kV配电设备采用现柜内保护测控装置进行保护测控，新建的柴油机组由现站内综合测控单元进行送出信号采集及启停控制，其保护装置接入现综合自动化系统网络。另在施工变电站综合自动化系统站控层增设1台通信工作站，通过光纤接入桥巩水电站厂用电LCU B柜串口服务器，实现桥巩水电站对施工变电站相关数据采集及操作命令传送。

柴油机组配套机组控制保护柜，完成采油机机组状态检测及启/停控制（含远程控制）、电压/频率调节、并网控制等功能。

4.2 继电保护及自动装置

新装设的柴油发电机组配置1套微机型发电机保护装置，安装在配套提供的机组控制保护柜内，保护功能包括：发电机纵向差动保护、发电机定子单相接地保护、发电机带电流记忆的复合电压启动过流保护、发电机定子绕组过电压保护、发电机定子绕组过负荷保护、发电机频率保护等。

5 结语

新增柴油发电机进一步提高桥巩水电站保安电源的可靠性，加强桥巩水电站的黑启动能力，确保了桥巩水电站的供电安全。目前新增柴油机组已稳定运行1年，为本工程完美画上句号。