略说电站用电的设备设计

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1.常用备投方案

国内现有的备投型式大致可分为三种：①传统继电器型式，虽价格便宜，但备投装置体积大，开关动作慢，接线复杂，触电易损坏，灵活性较差，现今已经很少使用；②微机型备投装置，其特点是有完善的故障逻辑判别和可靠的故障响应，维护方便；仅适用于内部逻辑预置的模式，用于典型厂用电接线；③可编程控制器控制（PLC）备投装置，PLC备投装置具有通用性强，灵活性好，接线简单，易扩展，可靠性高，抗干扰能力强，定时准确等优点。本站10.5kV三段母线及0.4kV自用厂用电四段母线备投均采用PLC备投装置。但此方案中，PLC装置本身不具有继电保护功能，需要另配母线、进线及母联的微机保护装置。

1.1概述

10.5kV厂用电分三段母线供电，分别定义为为I、II、III段，两两之间设有母联断路器，进线共四条。参与备投控制的断路器有21QF，22QF，61QF，413QF，432QF，412QF。6QF为常闭状态，不参加备投操作。PLC可根据母线及断路器输入的不同的状态，通过内部程序的逻辑判断，发出执行命令，动作相关断路器，实现厂用电的备投功能。其内部程序可根据不同工况进行修改。

1.2备投动作分析

动作原则a.正常情况下I，II段母线互为备投，PLC判断I，II段母线任一段有电情况下，不启动III段备投；只有判断I,II段母线均失电，才b.为了简化在“母线检修”情况下的程序并保证运行安全，三个联络开关均设允许/禁止合闸限制位（置“1”为允许合闸；置“0”为禁止合闸）；三段母线各设检修状态位（置“1”为检修状态）。限制位及状态位信号均输入PLC。c.此动作原则并非通用原则，而是根据电站的运行特点，为了更方便、安全的完成供电任务而制定，仅适用于本电站高压厂用电的设计，必要时可进行修改。几种工况的动作说明工况1、I段（或II段）母线失电，另两条母线正常运行a.当PLC检测出I段（或II段）母线失压无流，且II段（或I段）母线有压时，根据（1）项中原则a，PLC发出命令分I段（或II段）母线进线断路器21QF（或22QF），合I，II段母联断路器412QF；b.在a过程中，如故障范围扩大，PLC检测I，II段均失压无流且III段母线有压时，PLC发出命令分两段进线断路器21QF和22QF及I，II段母联断路器412QF，合I，III段母联断路器413QF和II，III段母联断路器432QF。工况2、I，II段母线同时失电，III段母线正常运行a.当PLC检测I段和II段母线同时失压无流，且III段母线有压，PLC发令分进线断路器21QF，22QF，分I，II段母联断路器412QF，合I，III段母联断路器413QF和II，III段母联断路器432QF。b.在a过程中，如故障范围扩大，PLC检测I，II，III段母线均失压无流时，进入“黑启动”准备状态，同时通过通讯接口向0.4kV厂用电PLC发出进入黑启动状态指令。PLC发出指令分21QF，22QF，412QF，413QF，432QF；并发出指令跳开10.5kV母线上部分负荷回路（即甩负荷，保留重要负荷回路以保证电厂内安全，如渗漏排水泵。具体跳开哪些回路可在PLC逻辑中设定），并要求有跳闸反馈信号送回至PLC，10.5kV负荷跳闸完成信号作为启动柴油发电机的一个条件待用。工况3、I，II，III段母线同时失电PLC检测I、II、III段母线同时失压无流时，PLC直接进入黑启动准备状态，PLC操作过程与b状态相同。工况4、I段（或II段）母线检修，另两条母线正常运行根据（1）项中原则c，I段（或II段）母线检修态置“1”，I，II和I，III母联开关412QF和432QF合闸允许位置“0”，即禁止合闸。如此时II段（或I段）母线发生失电，PLC发出合II，III段母联断路器432QF。工况5、III段检修，I，II段母线正常运行根据（1）项中原则c，III段母线检修态置“1”，I，III和II，III母联开关合闸允许位置“0”，即禁止合闸。如此时I段（或II段）母线发生失电，合I，II段母联断路器412QF。以上几种工况是电站运行中较为常见的工况，其他未列出工况出现几率较小，这里不予论证。

2.0.4kV厂用电备投设计简析

2.1概述

0.4kV自用电备投（公用电备投）操作均采用PLC控制，自用厂用电用于4台发电电动机组及其辅助设备的电源供给，公用厂用电用于全厂公用设备的电源供给。自用电和公用电电源均由10.5kV厂用电母线，经低压厂用变供电，各分为四条母线，分别定义为为I、II、III、IV段，相邻两段母线之间配置母线断路器。

2.2备投动作分析

动作原则a.每段母线只考虑带另外一段母线运行，不考虑带两段及以上母线运行；b.I，II段母线之间及III，IV段母线之间为两组优先备投关系母线，例如在II段和IV同时失电，而I段母线有电情况下，I段母线要首先向II段母线备投，而不向IV段母线备投；优先母线的分组是根据电源来源划分的，I，II段母线电源来自10.5kV不同的母线段，因此设定为优先关系。c.由图2可知每段母线均有两个与之互为备用的母线，在其中一条母线向其备投过程中，如出现母联断路器合闸后又马上跳开的情况，说明失电母线上有尚未解决的故障点，此时不启动另一条母线再向失电母线备投。d.在母线检修情况下，四个联络开关各设允许/禁止合闸限制位（置“1”为允许投入，置“0”为禁止投入）；四段母线各设检修状态位（置“1”为检修状态），限制位及状态位信号均输入PLC。e.两段及两段以上母线检修，不在考虑工况范围内。几种工况的动作说明工况1、任一段母线失电，其他三段母线正常运行a.根据项中备投原则b，任一段母线失电，按其优先备投关系母线对其进行备投，即当PLC检测I段（或II段）失压无流，II段（I段）母线有压，则分进线断路器41QA（或42QA），合母线断路器412QA；III段、IV段任一段失压无流，动作过程与之相同。b.在a过程中，如事故范围扩大，发生第二段母线失电，则按照工况2的任二段母线失电动作。工况任二段母线失电，其他两段母线正常运行a.当I，II段母线之一和III，IV段母线之一同时发生失电，且另外两条母线有电，则备投过程同工况1；b.当I，II段同时发生失电，且检测III，IV段有电，此时不能遵守优先级原则进行备投，则PLC发出命令分进线断路器41QA，42QA，段母联断路器412QA；合II，III段母联断路器423QA和I，IV段母联断路器414QA；III，IV段同时发生失电与之相似。这种不按照优先级的运行方式，还会发生在母线检修，实验时人为手动操作，或优先关系母联断路器故障等情况中。c。在以上过程中，如果事故范围扩大，发生第三段母线失电，则按照工况3中描述的任三段母线失电动作。工况3、任三段母线失电，另外一根母线正常运行a.根据项中备投原则a，任三段母线失电，带电母线只向具有优先备投关系的母线进行备投，而不考虑向第三条母线进行备投。b.需要特殊说明的是，当三段母线失电的原始状态为两组非优先级备投投入时，根据备投原则3，没有故障的母线仍然保持原状态向非优先关系母线供电。例如：在I段母线向IV母线备投，II段母线向III段母线备投时，I段母线发生失电，此时II段仍然向III段母线供电，而不执行优先级原则去备投I段母线。c.在情况三过程中，如事故范围扩大，发第四段母线失电，则启动0.4kV黑启动程序。工况4、四段母线失电当0.4kV备投PLC装置检测到0.4kV四段母线均失压无流时，并收到10.5kV备投PLC装置发出的黑启动指令信号后，启动0.4kV黑启动程序，PLC发出指令跳开0.4kV母线上部分负荷回路（甩负荷，负荷回路可设定）并要求有跳闸反馈信号送回PLC，0.4kV负荷跳闸完成信号作为启动柴油发电机的另一个条件待用。工况5、任一段母线检修，另外三段母线正常运行根据项中备投原则d，检修段母线检修态置“1”，与其连接的母联开关合闸允许位置“0”，即闭锁合闸。当发生其他母线失电情况，按照以上工况情况动作。以上几种工况是0.4kV厂用电系统运行中较为常见的工况，其他未列出工况出现几率较小，这里不予论证。

3.黑启动

3.1黑启动概念

整个电站由于系统故障造成机组停运并全厂厂用电消失后，处于全“黑”状态，不依赖其他电源帮助，通过柴油发电机，给发电机启动辅助设备提供交流电源，同时利用电厂直流蓄电池系统提供的直流电源，共同带动无自启动能力的发电机组，使发电机组向厂用电供电，逐渐扩大厂用电恢复范围，最终实现整个电站电力的恢复。另外，全厂的公用设备的运行，如渗漏泵等，也需要及时的恢复电源，以保证厂房的安全。因此黑启动功能不仅电网发展的需要，还是电站在全厂失电情况下安全生产自救的必要措施。

3.2黑启动投入

如前面所述，当10.5kV备投PLC收到10.5kV甩负荷完成信号、0.4kV自用电及公用电甩负荷完成信号之后，PLC发出启动柴油发电机命令，合61QF，待柴油发电机怠速启动至额定频率后，PLC检测到III段母线电流电压正常，合母联断路器413QF，432QF，逐次恢复各级厂用电。总结综上所述，使用PLC备投装置对于像抽水蓄能电站这样厂用电复杂的大型电站极其适用。利用软件的可编程，最大限度的满足了千变万化的现场要求；使用灵活方便，且接线简单，大大节省了资源，使成本降低；并易于安装和维护。值得在大中型水电站厂用电系统中全面推广。

作者：常颖 余志刚 朱姝 张峥 单位：中水东北勘测设计研究有限责任公司