泸定水电站直流系统接线方式设计缺陷及改进措施

杨乾鸿

（四川华电泸定水电有限公司，四川 泸定 626100）

0 概述

电站直流系统供给继电保护、控制信号、开关动力电源、计算机监控、事故照明、交流不间断电源及机组起励电源等直流负荷。其运行的可靠性，是保证电站安全稳定运行的重要条件之一。过去的经验教训证明，当直流系统在电力系统发生故障时失灵，继电保护及断路器等将失去操作电源而不能跳闸迅速地切除故障，强大的短路电流将烧毁变压器及发电机等重要的电气设备，使事故扩大，造成更大的经济损失。因此，提高电站直流系统安全运行的可靠性、防患于未然至关重要。

泸定水电站机组及GIS（六氟化硫全封闭开关）直流电源系统采用两组蓄电池、3套充放电装置、辐射式供电。其接线方式为单母分段接线，两段母线分别布置在两面直流馈电屏内，特殊方式或事故情况下，可手动实现两段母线并列运行。每组蓄电池和充放电装置各接于一段直流母线，第3套充放电装置作为备用，可在两段母线之间切换。当任一工作充放电装置退出运行时，可手动投入第3套充放电装置。

1 泸定水电站机组及GIS直流系统存在的问题及分析

泸定水电站机组及GIS直流电源系统的主要负荷是电站内最重要的控制保护设备，其电源必须保证连续供电，其接线方式见图1。

图1 直流电源接线示意

图1这种接线方式在两组充放电装置、蓄电池组以及回路中各设备都运行正常的情况下，可对负荷提供可靠连续的电源，保证设备的安全稳定运行是没有任何问题的。其运行方式为直流母线分段，1号充放电装置和1号蓄电池组供1段母线负荷，2号充放电装置和2号蓄电池组供Ⅱ段母线负荷，3号充放电装置作为备用。但此种接线方式在某一组蓄电池组故障退出运行或对蓄电池组进行正常的充、放电试验维护，而将直流母线联络解列运行时，则有出现直流母线电源异常中断的可能。以1号蓄电池组退出，Ⅰ、Ⅱ段直流母线联络运行操作为例加以说明。

（1）操作顺序。操作1号蓄电池组出口及Ⅰ、Ⅱ段联络联锁刀闸1QK2，断开蓄电池组出口侧，倒至Ⅰ、Ⅱ段母线联络侧；断开1号蓄电池组出口刀容开关1DR；断开1号充放电装置出口刀闸1QK1。

（2）存在问题。1QK2作为一个带有机械闭锁的联锁刀闸，共设置了3个位置，分别是联接1号蓄电池组出口至Ⅰ段直流母线，中间位置即 “断开”位置，联接Ⅰ、Ⅱ段直流母线。当操作人员在进行该刀闸操作时，先是分开1号蓄电池组出口侧，然后转至中间断开位置，再转至Ⅰ、Ⅱ段直流母线联络位置。在刀闸操作过程中，始终存在一个过渡位置 （即断开位置），这时1QK2两边都不联络，并且由于操作人员技术水平和熟练程度不同，还可能有一个时间延时，再加上每操作一步之后设备状态的检查时间；则在这短时间内，1号蓄电池组退出运行，Ⅰ、Ⅱ段直流母线还未联络，1段直流母线只有1号充放电装置供电。如果此时厂用电中断，将使1号充电装置输出中断，造成Ⅰ段直流母线电源消失，进而使Ⅰ段所带继电保护和自动装置电源消失；如果系统故障，则会造成开关跳不开而使事故扩大等问题。

（3）结论。此种直流电源系统结构的设计，从机械方面考虑了防止两组蓄电池组并列运行，并在操作维护方面简化了操作流程；但在简化系统接线，特别是在直流电源系统最重要的可靠性方面存在不足。按照电力工程直流系统设计技术规程的规定，继电保护装置和安全自动装置、断路器跳闸回路等设备是不允许断电的，以保证其动作的正确性和可靠性。而此接线方式在极端情况下，可能造成操作维护过程中的电源中断，是运行维护的隐患。

2 改进措施

针对该直流系统接线方式存在的问题，对其进行改进。根据现场盘柜布置及实际情况，充分征求了设计和厂家的意见，在召开的设计联络会上提出了两套方案。

方案一。在不改变原设计接线方式的情况下，在蓄电池组小母线和负荷母线之间增加1组联络刀闸1QK3（2QK3），其改进的接线方式见图2。

图2 方案一接线方式

此方案联络运行时操作顺序为： 合上联络刀闸1QK3（2QK3），断开充放电装置出口刀闸 1QK1（2QK1），切换联锁刀闸1QK2（2QK2）至Ⅰ、Ⅱ段直流母线联络侧，断开联络刀闸1QK3（2QK3），断开蓄电池组出口刀容开关1DR。

方案二。改变原设计接线方式，取消联络联锁刀闸，将其拆分为联络刀闸QK，蓄电池组上直流母线联络刀闸1QK2（2QK2），其改进接线方式见图3所示。

图3 改进方案2示意

此方案联络运行时操作顺序为：断开充放电装置出口刀闸1QK1（2QK1），合上Ⅰ、Ⅱ段直流母线联络刀闸QK，断开蓄电池组上母线联络刀闸1QK2（2QK2），断开蓄电池组出口刀容开关1DR。

总体来看，两套接线方式在操作中都能有效避免蓄电池组短时退出而造成直流电源突然中断的情况，提高了供电可靠性。同时，根据电力工程直流系统设计技术规程的规定，在联络操作过程中，在两段直流母线电压平衡的情况下，允许蓄电池组短时并列而对直流系统的运行方式和蓄电池组的使用寿命不会造成影响。但方案一在原有设计基础上增加了两个联络刀闸，从而使盘柜内的接线变得复杂，柜内设备布置略显拥挤，给安装维护带来不便；同时，根据更改之后的实际情况，在进行正常的联络操作时步骤增加，操作复杂，使误操作风险增大。而方案二在满足设计规程要求的前提下，简化了接线，走线清晰明确，盘柜内设备便于布置，简化了操作流程，相比较而言具有更大的优势和可行性。

综合上述问题进行比较论证之后，最终确定方案二为泸定水电站机组及GIS直流电源系统改进后的接线方式。

3 结语

直流电源系统作为泸定水电站是重要的系统之一，必须与其负荷性质及将来电站的运行方式相适应，通过机组及GIS直流电源系统接线方式的合理改进，从设计安装初始阶段就使其既满足经济性、可靠性、技术性的要求，又使安装维护更加方便，避免了可能出现的电源中断的极端情况，从而为电站的安全可靠运行提供保证。同时建议，在设备运行后的操作维护过程中，特别是在联络/解列操作过程中，应制定详实的操作规程并严格执行；做好运行维护人员的培训工作，防止由于误操作而使蓄电池组长期并列运行。

［1］ 白忠敏，等.电力工程直流系统设计手册［M］.北京：中国电力出版社，2009.

［2］ DL/T 5044—2004 电力工程直流系统设计技术规程［S］.