略說(shuō)電站用電的設(shè)備設(shè)計(jì)

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1.常用備投方案

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的備投型式大致可分為三種：①傳統(tǒng)繼電器型式，雖價(jià)格便宜，但備投裝置體積大，開(kāi)關(guān)動(dòng)作慢，接線復(fù)雜，觸電易損壞，靈活性較差，現(xiàn)今已經(jīng)很少使用；②微機(jī)型備投裝置，其特點(diǎn)是有完善的故障邏輯判別和可靠的故障響應(yīng)，維護(hù)方便；僅適用于內(nèi)部邏輯預(yù)置的模式，用于典型廠用電接線；③可編程控制器控制（PLC）備投裝置，PLC備投裝置具有通用性強(qiáng)，靈活性好，接線簡(jiǎn)單，易擴(kuò)展，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，定時(shí)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。本站10.5kV三段母線及0.4kV自用廠用電四段母線備投均采用PLC備投裝置。但此方案中，PLC裝置本身不具有繼電保護(hù)功能，需要另配母線、進(jìn)線及母聯(lián)的微機(jī)保護(hù)裝置。

1.1概述

10.5kV廠用電分三段母線供電，分別定義為為I、II、III段，兩兩之間設(shè)有母聯(lián)斷路器，進(jìn)線共四條。參與備投控制的斷路器有21QF，22QF，61QF，413QF，432QF，412QF。6QF為常閉狀態(tài)，不參加備投操作。PLC可根據(jù)母線及斷路器輸入的不同的狀態(tài)，通過(guò)內(nèi)部程序的邏輯判斷，發(fā)出執(zhí)行命令，動(dòng)作相關(guān)斷路器，實(shí)現(xiàn)廠用電的備投功能。其內(nèi)部程序可根據(jù)不同工況進(jìn)行修改。

1.2備投動(dòng)作分析

動(dòng)作原則a.正常情況下I，II段母線互為備投，PLC判斷I，II段母線任一段有電情況下，不啟動(dòng)III段備投；只有判斷I,II段母線均失電，才b.為了簡(jiǎn)化在“母線檢修”情況下的程序并保證運(yùn)行安全，三個(gè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)均設(shè)允許/禁止合閘限制位（置“1”為允許合閘；置“0”為禁止合閘）；三段母線各設(shè)檢修狀態(tài)位（置“1”為檢修狀態(tài)）。限制位及狀態(tài)位信號(hào)均輸入PLC。c.此動(dòng)作原則并非通用原則，而是根據(jù)電站的運(yùn)行特點(diǎn)，為了更方便、安全的完成供電任務(wù)而制定，僅適用于本電站高壓廠用電的設(shè)計(jì)，必要時(shí)可進(jìn)行修改。幾種工況的動(dòng)作說(shuō)明工況1、I段（或II段）母線失電，另兩條母線正常運(yùn)行a.當(dāng)PLC檢測(cè)出I段（或II段）母線失壓無(wú)流，且II段（或I段）母線有壓時(shí)，根據(jù)（1）項(xiàng)中原則a，PLC發(fā)出命令分I段（或II段）母線進(jìn)線斷路器21QF（或22QF），合I，II段母聯(lián)斷路器412QF；b.在a過(guò)程中，如故障范圍擴(kuò)大，PLC檢測(cè)I，II段均失壓無(wú)流且III段母線有壓時(shí)，PLC發(fā)出命令分兩段進(jìn)線斷路器21QF和22QF及I，II段母聯(lián)斷路器412QF，合I，III段母聯(lián)斷路器413QF和II，III段母聯(lián)斷路器432QF。工況2、I，II段母線同時(shí)失電，III段母線正常運(yùn)行a.當(dāng)PLC檢測(cè)I段和II段母線同時(shí)失壓無(wú)流，且III段母線有壓，PLC發(fā)令分進(jìn)線斷路器21QF，22QF，分I，II段母聯(lián)斷路器412QF，合I，III段母聯(lián)斷路器413QF和II，III段母聯(lián)斷路器432QF。b.在a過(guò)程中，如故障范圍擴(kuò)大，PLC檢測(cè)I，II，III段母線均失壓無(wú)流時(shí)，進(jìn)入“黑啟動(dòng)”準(zhǔn)備狀態(tài)，同時(shí)通過(guò)通訊接口向0.4kV廠用電PLC發(fā)出進(jìn)入黑啟動(dòng)狀態(tài)指令。PLC發(fā)出指令分21QF，22QF，412QF，413QF，432QF；并發(fā)出指令跳開(kāi)10.5kV母線上部分負(fù)荷回路（即甩負(fù)荷，保留重要負(fù)荷回路以保證電廠內(nèi)安全，如滲漏排水泵。具體跳開(kāi)哪些回路可在PLC邏輯中設(shè)定），并要求有跳閘反饋信號(hào)送回至PLC，10.5kV負(fù)荷跳閘完成信號(hào)作為啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)的一個(gè)條件待用。工況3、I，II，III段母線同時(shí)失電PLC檢測(cè)I、II、III段母線同時(shí)失壓無(wú)流時(shí)，PLC直接進(jìn)入黑啟動(dòng)準(zhǔn)備狀態(tài)，PLC操作過(guò)程與b狀態(tài)相同。工況4、I段（或II段）母線檢修，另兩條母線正常運(yùn)行根據(jù)（1）項(xiàng)中原則c，I段（或II段）母線檢修態(tài)置“1”，I，II和I，III母聯(lián)開(kāi)關(guān)412QF和432QF合閘允許位置“0”，即禁止合閘。如此時(shí)II段（或I段）母線發(fā)生失電，PLC發(fā)出合II，III段母聯(lián)斷路器432QF。工況5、III段檢修，I，II段母線正常運(yùn)行根據(jù)（1）項(xiàng)中原則c，III段母線檢修態(tài)置“1”，I，III和II，III母聯(lián)開(kāi)關(guān)合閘允許位置“0”，即禁止合閘。如此時(shí)I段（或II段）母線發(fā)生失電，合I，II段母聯(lián)斷路器412QF。以上幾種工況是電站運(yùn)行中較為常見(jiàn)的工況，其他未列出工況出現(xiàn)幾率較小，這里不予論證。

2.0.4kV廠用電備投設(shè)計(jì)簡(jiǎn)析

2.1概述

0.4kV自用電備投（公用電備投）操作均采用PLC控制，自用廠用電用于4臺(tái)發(fā)電電動(dòng)機(jī)組及其輔助設(shè)備的電源供給，公用廠用電用于全廠公用設(shè)備的電源供給。自用電和公用電電源均由10.5kV廠用電母線，經(jīng)低壓廠用變供電，各分為四條母線，分別定義為為I、II、III、IV段，相鄰兩段母線之間配置母線斷路器。

2.2備投動(dòng)作分析

動(dòng)作原則a.每段母線只考慮帶另外一段母線運(yùn)行，不考慮帶兩段及以上母線運(yùn)行；b.I，II段母線之間及III，IV段母線之間為兩組優(yōu)先備投關(guān)系母線，例如在II段和IV同時(shí)失電，而I段母線有電情況下，I段母線要首先向II段母線備投，而不向IV段母線備投；優(yōu)先母線的分組是根據(jù)電源來(lái)源劃分的，I，II段母線電源來(lái)自10.5kV不同的母線段，因此設(shè)定為優(yōu)先關(guān)系。c.由圖2可知每段母線均有兩個(gè)與之互為備用的母線，在其中一條母線向其備投過(guò)程中，如出現(xiàn)母聯(lián)斷路器合閘后又馬上跳開(kāi)的情況，說(shuō)明失電母線上有尚未解決的故障點(diǎn)，此時(shí)不啟動(dòng)另一條母線再向失電母線備投。d.在母線檢修情況下，四個(gè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)各設(shè)允許/禁止合閘限制位（置“1”為允許投入，置“0”為禁止投入）；四段母線各設(shè)檢修狀態(tài)位（置“1”為檢修狀態(tài)），限制位及狀態(tài)位信號(hào)均輸入PLC。e.兩段及兩段以上母線檢修，不在考慮工況范圍內(nèi)。幾種工況的動(dòng)作說(shuō)明工況1、任一段母線失電，其他三段母線正常運(yùn)行a.根據(jù)項(xiàng)中備投原則b，任一段母線失電，按其優(yōu)先備投關(guān)系母線對(duì)其進(jìn)行備投，即當(dāng)PLC檢測(cè)I段（或II段）失壓無(wú)流，II段（I段）母線有壓，則分進(jìn)線斷路器41QA（或42QA），合母線斷路器412QA；III段、IV段任一段失壓無(wú)流，動(dòng)作過(guò)程與之相同。b.在a過(guò)程中，如事故范圍擴(kuò)大，發(fā)生第二段母線失電，則按照工況2的任二段母線失電動(dòng)作。工況任二段母線失電，其他兩段母線正常運(yùn)行a.當(dāng)I，II段母線之一和III，IV段母線之一同時(shí)發(fā)生失電，且另外兩條母線有電，則備投過(guò)程同工況1；b.當(dāng)I，II段同時(shí)發(fā)生失電，且檢測(cè)III，IV段有電，此時(shí)不能遵守優(yōu)先級(jí)原則進(jìn)行備投，則PLC發(fā)出命令分進(jìn)線斷路器41QA，42QA，段母聯(lián)斷路器412QA；合II，III段母聯(lián)斷路器423QA和I，IV段母聯(lián)斷路器414QA；III，IV段同時(shí)發(fā)生失電與之相似。這種不按照優(yōu)先級(jí)的運(yùn)行方式，還會(huì)發(fā)生在母線檢修，實(shí)驗(yàn)時(shí)人為手動(dòng)操作，或優(yōu)先關(guān)系母聯(lián)斷路器故障等情況中。c。在以上過(guò)程中，如果事故范圍擴(kuò)大，發(fā)生第三段母線失電，則按照工況3中描述的任三段母線失電動(dòng)作。工況3、任三段母線失電，另外一根母線正常運(yùn)行a.根據(jù)項(xiàng)中備投原則a，任三段母線失電，帶電母線只向具有優(yōu)先備投關(guān)系的母線進(jìn)行備投，而不考慮向第三條母線進(jìn)行備投。b.需要特殊說(shuō)明的是，當(dāng)三段母線失電的原始狀態(tài)為兩組非優(yōu)先級(jí)備投投入時(shí)，根據(jù)備投原則3，沒(méi)有故障的母線仍然保持原狀態(tài)向非優(yōu)先關(guān)系母線供電。例如：在I段母線向IV母線備投，II段母線向III段母線備投時(shí)，I段母線發(fā)生失電，此時(shí)II段仍然向III段母線供電，而不執(zhí)行優(yōu)先級(jí)原則去備投I段母線。c.在情況三過(guò)程中，如事故范圍擴(kuò)大，發(fā)第四段母線失電，則啟動(dòng)0.4kV黑啟動(dòng)程序。工況4、四段母線失電當(dāng)0.4kV備投PLC裝置檢測(cè)到0.4kV四段母線均失壓無(wú)流時(shí)，并收到10.5kV備投PLC裝置發(fā)出的黑啟動(dòng)指令信號(hào)后，啟動(dòng)0.4kV黑啟動(dòng)程序，PLC發(fā)出指令跳開(kāi)0.4kV母線上部分負(fù)荷回路（甩負(fù)荷，負(fù)荷回路可設(shè)定）并要求有跳閘反饋信號(hào)送回PLC，0.4kV負(fù)荷跳閘完成信號(hào)作為啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)的另一個(gè)條件待用。工況5、任一段母線檢修，另外三段母線正常運(yùn)行根據(jù)項(xiàng)中備投原則d，檢修段母線檢修態(tài)置“1”，與其連接的母聯(lián)開(kāi)關(guān)合閘允許位置“0”，即閉鎖合閘。當(dāng)發(fā)生其他母線失電情況，按照以上工況情況動(dòng)作。以上幾種工況是0.4kV廠用電系統(tǒng)運(yùn)行中較為常見(jiàn)的工況，其他未列出工況出現(xiàn)幾率較小，這里不予論證。

3.黑啟動(dòng)

3.1黑啟動(dòng)概念

整個(gè)電站由于系統(tǒng)故障造成機(jī)組停運(yùn)并全廠廠用電消失后，處于全“黑”狀態(tài)，不依賴其他電源幫助，通過(guò)柴油發(fā)電機(jī)，給發(fā)電機(jī)啟動(dòng)輔助設(shè)備提供交流電源，同時(shí)利用電廠直流蓄電池系統(tǒng)提供的直流電源，共同帶動(dòng)無(wú)自啟動(dòng)能力的發(fā)電機(jī)組，使發(fā)電機(jī)組向廠用電供電，逐漸擴(kuò)大廠用電恢復(fù)范圍，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)電站電力的恢復(fù)。另外，全廠的公用設(shè)備的運(yùn)行，如滲漏泵等，也需要及時(shí)的恢復(fù)電源，以保證廠房的安全。因此黑啟動(dòng)功能不僅電網(wǎng)發(fā)展的需要，還是電站在全廠失電情況下安全生產(chǎn)自救的必要措施。

3.2黑啟動(dòng)投入

如前面所述，當(dāng)10.5kV備投PLC收到10.5kV甩負(fù)荷完成信號(hào)、0.4kV自用電及公用電甩負(fù)荷完成信號(hào)之后，PLC發(fā)出啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)命令，合61QF，待柴油發(fā)電機(jī)怠速啟動(dòng)至額定頻率后，PLC檢測(cè)到III段母線電流電壓正常，合母聯(lián)斷路器413QF，432QF，逐次恢復(fù)各級(jí)廠用電。總結(jié)綜上所述，使用PLC備投裝置對(duì)于像抽水蓄能電站這樣廠用電復(fù)雜的大型電站極其適用。利用軟件的可編程，最大限度的滿足了千變?nèi)f化的現(xiàn)場(chǎng)要求；使用靈活方便，且接線簡(jiǎn)單，大大節(jié)省了資源，使成本降低；并易于安裝和維護(hù)。值得在大中型水電站廠用電系統(tǒng)中全面推廣。

作者：常穎 余志剛 朱姝 張崢 單位：中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司