大藤峡水利枢纽坝区220 V直流系统稳定性分析及改进建议

2021-09-24翟大明

广西水利水电 2021年4期

翟大明

（广西大藤峡实业管理有限公司，广西桂平 537200）

0 引言

大藤峡水利枢纽位于广西壮族自治区桂平市境内西江水系黔江干流大藤峡出口，坝址下距桂平市彩虹桥6.6 km。大藤峡水利枢纽工程是国务院确定的172项节水供水重大水利工程之一，工程任务为防洪、航运、发电、补水压咸、灌溉等综合利用[1]。水库正常蓄水位61.00 m，汛限水位47.60 m，死水位47.60 m，总库容34.30亿m3，工程规模为Ⅰ等大（1）型工程。枢纽工程主要由黔江主坝、南木江副坝和黔江副坝等组成。电站装机容量1600 MW，安装8台单机容量为200 MW的轴流转桨式水轮机发电机组，其中左岸厂房3台机组，右岸厂房5台机组。

1 坝区220 V直流系统的组成及运行方式

大藤峡水利枢纽左岸坝区220 V直流系统由充电装置、蓄电池组、直流绝缘监测装置、直流母线和直流负荷等相关设备组成。接线方式采用两组充电机一组蓄电池的单母线分段方式，每组充电机均采用两路380 V交流供电，配有双电源自动切换装置实现两路交流电源互为备用。正常运行时，坝区220 V直流系统I段母线、Ⅱ段母线分段运行，母联开关ZK5在“断开”位置。两套充电机正常运行时均为“浮充”工作方式（ZK1、ZK2、ZK3、ZK4均为合闸），以供给直流负荷和补充蓄电池自放电；当其中一组充电机交流失电或因故障退出运行时，可将母联开关ZK5合上，由另一组充电机并联蓄电池承担全部直流负荷，每组充电机安装有3块高频整流模块，当某个模块有故障时，监控系统发出声光报警信号，并重新均分整流模块负载。当两组充电机的四路交流电源发生故障或全部停电时，两组充电机停止工作，由唯一的一组蓄电池组供直流负荷，同时监控模块会发出相应故障告警信号。当交流电源恢复正常后，两组充电机正常运行，恢复对直流负荷供电以及对蓄电池充电。坝区220 V直流系统见图1。

图1 坝区220 V直流系统图

2 坝区220 V直流系统存在的问题分析[2]

坝区220 V直流系统作为左岸坝区配电系统继电保护、断路器分合闸回路、左岸坝区21孔泄洪闸门控制回路、坝区公用LCU和UPS系统、坝区风机控制回路的主要电源，必须保证在任何情况下都能安全、可靠、稳定、不间断的向直流负载供电。分析坝区220 V直流系统交流电源接线图（见图2），发现由于大藤峡左岸坝区220 V直流系统两组充电机的四路交流输入电源均取自坝区配电系统的400 VⅠ段母线，虽然在正常情况下可满足直流系统正常运行要求，但供电可靠性有一定程度的降低，一旦400 VⅠ段母线出现短路故障或进行定期维护工作时，会导致四路交流输入电源全部失电，即使配有双电源自动切换装置，也无法起到两路交流电源互为备用的作用，会造成两组充电机停止工作，坝区全部直流负荷由仅有的1组蓄电池供给，而坝区220 V直流系统蓄电池组容量为100 AH，不足以长时间维持直流负荷供电，所以需要改进现有的接线方式以提高坝区直流系统运行的稳定性和可靠性，确保大坝泄洪闸门的正常启闭工作，从而保证枢纽大坝的稳定运行以及防汛安全。

图2 坝区220 V直流系统交流电源接线图

3 坝区220 V直流系统改进建议

3.1 改进方案一

在不更改原坝区220 V直流系统设计方案的前提下，通过改变220 V直流系统两组充电机的四路380 V交流输入电源的接线方式，将1号充电机的2#380 V交流输入电源和2号充电机的2#380 V交流输入电源两根电缆改接至坝区配电系统400 VⅡ段母线，每组充电机通过双电源自动切换装置实现两路交流电源互为备用。变更后，无论坝区配电系统400 VⅠ段母线还是坝区配电系统400 VⅡ段母线出现短路故障或进行定期维护工作时，每组充电机均有备用一路380 V交流输入电源保证其正常工作，可确保坝区直流负荷的正常供电。方案一接线图见图3。

图3 方案一接线图

3.2 改进方案二[3]

在现有运行方式基础上重新设计坝区220 V直流系统，采用二组充电机二组蓄电池的单母分段接线方式，每组充电机的两路380 V交流输入电源分别取自坝区配电系统400 VⅠ段母线和400 VⅡ段母线，通过双电源自动切换装置实现两路交流电源互为备用，增加一组蓄电池组。正常运行时，坝区220 V直流系统I段母线、Ⅱ段母线分段运行，母联开关ZK5在“断开”位置。两套充电机正常运行时均放“浮充”工作方式（ZK1、ZK2、ZK3、ZK4均为合闸），以供给直流负荷和补充蓄电池自放电，当其中一组充电机交流失电或故障退出运行时，可将母联开关ZK5合上，断开ZK3或ZK4，由另一组充电机并联蓄电池承担全部直流负荷，每组充电机安装有3块高频整流模块，当某个模块有故障时，监控系统发出声光报警信号，并重新均分整流模块负载。当四路交流输入电源发生故障或全部停电时，两组充电机停止工作，两组蓄电池组分别供坝区直流负荷。当交流电源恢复正常后，两组充电机正常运行，恢复对直流负荷供电以及对蓄电池充电。方案二接线图见图4。

图4 方案二接线图

4 方案比较

（1）经济性。方案一在原设计基础上，不增加任何设备，通过更改两组充电机四路380 V交流输入电缆的接线方式，增加了坝区220 V直流系统的运行可靠性。方案二在方案一的基础上还需增加一组蓄电池，一组蓄电池巡检装置以及相关设备的投资，总投资较方案一多出大约20万元。

（2）安全可靠性。由于方案二采用二组充电机二组蓄电池的单母分段接线方式，当其中任一组蓄电池发生故障时，均不影响直流负荷的正常运行；当直流系统交流电源全部失去时，方案二的蓄电池供直流负荷时间可增加一倍，较方案一运行方式更灵活，更稳定可靠[4]。

5 直流系统技改后的运行操作分析[5]

因方案一只更改了交流输入电缆的接线方式，技改后的运行操作顺序基本不变。若技改采用方案二（见图4），坝区220 V直流系统I、Ⅱ段母线由分段转联络运行，1#（2#）充电机及1#（2#）蓄电池组退出运行时，应首先合上母联开关ZK5，其次断开I（Ⅱ）段母线进线开关ZK3（ZK4），将ZK1（ZK2）切至中间位置，最后断开1#（2#）充电机交流输入电源11QF（21QF）、12QF（22QF）。若坝区220 V直流系统I、Ⅱ段母线由联络转分段运行，1#（2#）充电机及1#（2#）蓄电池组投入运行时，应先合上1#（2#）充电机交流输入电源11QF（21QF）、12QF（22QF），其次将ZK1（ZK2）切至浮充位置，合上I（Ⅱ）段母线进线开关ZK3（ZK4），最后断开母联开关ZK5。确保各母线侧负荷在倒闸操作过程中不断电。