华光潭梯级水电站远方过载切机装置的应用

朱跃亮，杨 钧

（浙能华光潭水力发电有限公司，浙江 临安 311322）

华光潭梯级水电站地处浙江省临安龙岗镇，位于分水江干流昌化江上游的巨溪上，电站总装机容量85 MW，其中一级电站装机2×30 MW，调节库容0.51亿m3，额定水头186.08 m；二级电站装机2×12.5 MW，调节库容360万m3，额定水头68.5 m。两站之间有1条110 kV联络线，仅在二级电站有1条110 kV出线。电站于2005年10月全部竣工并网发电，是目前杭州地区电网最大的水电站和电网的黑启动电源。

1 安装过载切机装置的必要性

华光潭梯级电站全部投运后，电站发电总出力达到85 MW，由华电1128线输出到杭州地区电网的于潜变电所，再由青于1123线和于潜1126线双线并入青云变电所的110 kV系统，电站接入系统见图1。此双线额定限流为600 A，单线为430 A。汛期时，加上小水电和青山殿电站40 MW出力，青于1123线和于潜1126线任意一回线路跳闸后都会造成另一回线严重超载，最高达到750 A，引起线路输送严重超载。为此一旦线路过载，于潜变电所青于1123线和于潜1126线相应保护动作，跳开于潜变华电1128线线路开关，将切除华光潭梯级电站85 MW的全部负荷。

图1 电站接入系统接线图

如果实施于潜变电所线路过载后直接跳开华光潭梯级电站唯一110出线（华电1128线）切机方案，汛期时若华光潭4台机组并网发电，双机同时甩负荷对华光潭一级电站长约8 km和二级电站长约6 km的引水隧洞冲击非常大；若近区鱼跳10 kV线路供电不可靠，华光潭梯级电站极有可能失去厂用电造成全厂失电事故，而且汛期极有可能诱发库容很小的二级电站大坝泄洪弃水，影响电站安全经济运行。

为了减轻甩负荷对华光潭梯级电站输水隧洞和发电机组的影响，决定在于潜变电所安装远方过载切机装置，当青于1123线或于潜1126线过载时，通过远方过载切机装置有选择性切除华光潭一级电站的1，2号机组，减轻青于1123线或于潜1126线的潮流，同时减轻对华光潭电站的影响。

2 远方过载减负荷装置动作原理

2.1 远方过载减负荷装置的接线

于潜变电所安装南瑞继保RCS991保护装置和FOX41保护通讯接口装置，分别接入青于1123线线路电流和于潜1126线线路电流以及110 kV母线电压。华光潭二级电站安装FOX41保护通讯接口装置，接收于潜变电所RCS991保护动作信号，FOX41出口接点接入华光潭二级电站开关站公用计算机监控系统（LCU），于潜变电所和华光潭二级电站通过华电1128线线路保护的备用光纤连接，设备连接示意见图2。

图2 设备连接示意

2.2 线路RCS991过载切机装置动作逻辑[1]

当系统发生故障引起青于1123线、于潜1126线输送的有功功率发生突变，且有功功率绝对值突变量大于动作门槛值时，则功率绝对值正突变量瞬时启动：

当系统发生故障导致青于1123线、于潜1126线中任意一回线输送功率绝对值持续ts秒大于动作门槛值Ps时，则过功率延时启动：

以上两种启动逻辑为“或”的关系。

装置动作过程为：

（1）如果青于1123线、于潜1126线中任意一回线输送有功功率的绝对值持续tgj秒超过告警定值Pgj，则装置启动后进入告警判断模块：

装置告警后同时进入出口动作判断模块。

（2）第1次出口动作判断逻辑：装置告警后，如果青于1123线、于潜1126线中任意一回线输送的有功功率低于门槛值，且另一回线输送的有功功率持续tgz1秒超过设定的动作定值，则装置第1次出口动作切除华光潭一级电站1号机，合计切除30 MW负荷。

（3）第2次出口动作判断逻辑：装置告警后，如果青于1123线、于潜1126线中任意一回线输送的有功功率低于门槛值，且另一回线输送的有功功率持续tgz2秒超过设定的第2次出口动作定值，则装置动作切除华光潭一级电站2号机，合计切除30 MW负荷。

2.3 线路过载切机与继电保护间的配合

青于1123线和于潜1126线分别配置南瑞继保公司的LFP-941保护和LFP-912高频收发信机。线路若发生短路或接地故障，相应的阻抗保护或接地距离等保护动作，跳开线路开关。线路过负荷后，继电保护装置发过负荷告警信号；线路若过载则过载切机装置启动告警和动作出口，有条件切除华光潭1，2号机组，减少青于1123线或于潜1126线线路负载的潮流。

3 水电站侧动作过程

3.1 装置接令

当于潜变电所线路RCS-991保护装置动作后，启动本地保护通讯接口装置FOX41，根据线路过载情况的不同，通过光纤向华光潭二级电站通讯接口装置发送2次切机命令。华光潭二级电站通讯接口装置接令后，输出的2次切机命令接点分别串接两块压板，可根据实际需要投切。若满足第1次过载条件，向华光潭二级电站发令，若线路过载持续存在，且满足第2次的条件，发第2次切机命令。

3.2 程序处理

水电站保护通讯接口装置FOX41收令后，输出接点信号至LCU，由梯调中心自动化监控服务器的程序处理后，向1号机监控就地CPU单元发令，使机组调速装置减有功、励磁调节器减无功，在规定的10 s时间内1号发电机负荷减至零后跳开1号发电机开关。

若线路过载持续存在，且满足第2次切机条件，则发第2次切机命令，同样经程序处理后，向2号机监控就地CPU单元发令，使机组调速装置减有功、励磁调节器减无功，在规定的15 s时间内2号发电机负荷减至零并跳开2号发电机开关。从而有效减少了青于1123线或于潜1126线的线路潮流，满足电网的稳定运行要求。

4 远方过载切机装置的应用

电力系统暂态稳定控制中，如果系统在故障切除后仍然不能保证稳定运行，就需要考虑切机/切负荷措施。一般情况下，保护配有高、低频率自启动装置，由于受继电保护和自动化专业的限制，以往继电保护装置动作后直接出口跳开关甩负荷。但随着自动化监控技术不断推广应用，电网与水电站之间、水电站内部可以根据实际需要，由监控控制程序来实现有条件地减负荷、停机直至跳开关。

光潭梯级电站可根据远方变电所线路过载情况，有条件切除发电的一级电站1，2号发电机负荷，实现先减1，2号发电机组的有功和无功负荷，再跳开关停机，不会造成发电机甩负荷，并且二级电站发电不受影响。

在过载切机试验中，华光潭一级电站1，2号机组带满负荷30 MW，于潜变电所通过保护调试装置模拟线路过载，过载切机装置出口动作发令。水电站接收到第1次切机命令后9 s内完成减负荷并跳1号机开关；如故障继续存在，第2次切机命令收到后14 s内跳2号机开关，整个动作过程满足设计要求。

2010年3月，杭州地区连续降雨，由于于潜变电所到青云变电所联络故障，几乎同时10 kV鱼跳线遭雷击跳闸，远方过载切机装置动作，华光潭1，2号机组在规定10 s和15 s时间减负荷停机。本次电网事故对华光潭梯级水电站安全稳定运行毫无影响，保住了一、二级电站厂房的厂用电，3，4号机组仍正常发电。避免了一起厂用电全部失电事故，30 min后1，2号机组又恢复并网发电。

5 结语

远方过载切机装置通过继电保护和自动化技术的结合，运用自动化监控程序，实现有条件地切除华光潭梯级水电站的部分负荷，既减轻了电网故障时的输电线路的过载问题，又能确保水电站厂用电正常供电，并且能有效防止机组甩负荷后水锤对输水长隧洞的破坏性冲击。

[1] 南京南瑞继保电气有限公司.RCS-900系列高压微机线路保护装置培训教材[G].

[2] 南京南瑞自动控制有限公司.NC2000计算机监控系统使用维护手册[G].

[3] 张瑞琪，闵勇，侯凯文.电力系统切机/切负荷紧急控制方案的研究[J].电力系统自动化，2003，27（18）∶6-12.