孤网运行电站厂用电系统保障

乔 涛

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装事业部，云南 昆明650032）

1 加蓬大布巴哈水电站情况概述

加蓬大布巴哈水电站位于加蓬奥果韦河上，距离弗朗斯维尔（加蓬第三大城市）直线距离15 km，电站安装4台45.76 MW混流式水轮发电机组。电站主体工程有大坝、厂房、引水隧洞、调压塔、进场公路；一条45 km 220 kV输电线路与220/63 kV莫安达变电站连接，单独向COMILOG锰矿厂供电；一条24 km的63 kV输电线路与弗朗斯维尔扩建63 kV变电站连接，可向弗朗斯维尔供民用电。

同与弗朗斯维尔变电站连接的还有当地电力公司SEEG运行的小布巴哈水电站，该电站装机容量为4×5.8 MW+2×11.6 MW，可在弗朗斯维尔变电站侧与大布巴哈水电站并网，但该变电站由SEEG运行，其仅在小布巴哈水电站机组容量不能满足弗朗斯维尔民用负荷时才手动合闸与大布巴哈水电站并网运行，2个电站之间无总调度指挥，因而小布巴哈水电站不能作为大布巴哈水电站厂用电的备用电源。

2 孤网运行的概念

孤网是独立电网的简称，一般泛指脱离大电网的小容量电网。我国规定电网中单机容量一般应小于电网总容量的8%，以保证当该机组发生甩负荷时，不影响电网的正常运行。如果电网中的机组调速系统都正常投入，一旦失去小于电网总容量8%的1台机组，电网失去的功率可以暂时由网中其他机组承担，保证电网频率下降不超过0.2 Hz，转速下降不超过12 r/min，对供电质量的影响仍在运行规程规定范围内。因此，一般情况下，称最大单机容量小于电网总容量8%的电网为大电网，反之称为小网，孤立运行的小网称为孤网。

大布巴哈水电站单机容量为45.76 MW，在与小布巴哈水电站并网运行时，大布巴哈水电站单机容量约占系统容量的20%，属于小网运行。由于小布巴哈水电站仅在其容量不满足弗朗斯维尔民用电负荷时才通过弗朗斯维尔变电站联络断路器合闸与大布巴哈水电站并网运行，其余大部分时间大布巴哈水电站独立运行向COMILOG锰矿厂供电，单机容量占系统容量的25%，形成典型的孤网运行。

3 孤网运行电站厂用电系统特点

通常在大电网运行的电站，高、低压厂用电系统均配置有两段以上母线运行，供电模式主要有：①电站发电机组供电；②电网电源通过主变反送供电；③通过启动备用柴油发电机组供电。

孤网运行电站，无电网电源作为厂用电系统的备用电源。事故停机时，需运维人员启动柴油发电机恢复厂用电，大大降低了厂用电系统的可靠性。造成事故停机后供电中断时间较长，严重影响供电质量。

4 大布巴哈水电站厂用电系统概述

4.1 大布巴哈水电站厂用电系统配置

大布巴哈水电站厂用电系统设计有2台10.5/0.4 kV厂用变压器，1～2号发电机组供1号厂用变压器TL12，3～4号发电机组供2号厂用变压器TL34，每台变压器10 kV侧的两个断路器（TL12-CB11、TL12-CB12；TL34-CB11、TL34-CB12）配 置有RCS-9651C-EN备自投装置，经现场试验，逻辑正确、动作可靠，实现了第一级备自投功能。

400 V母线侧低压配电柜配置有第二级备自投装置，控制 TL12-CB2、AB-CB2、TL34-CB2，切换1～2号厂用变及A、B段母线的运行状态。A段母线配置有2台800 kW的柴油发电机组GE1、GE2作为备用电源。

厂用电的主要负荷均从400 V母线A、B段分别取电，柜内配置有主、备电源自动切换装置，实现第三级备自投功能。

大布巴哈电站厂用电系统图见图1。

图1 大布巴哈电站厂用电系统图

4.2 大布巴哈水电站厂用电系统存在问题

（1）由于厂用电均由各台发电机组提供，而长期的运行经验表明，孤立电网负荷波动较大，事故信号时常触发多台运行发电机组同时事故停机。若出现运行发电机组同时跳GCB事故停机，因孤网运行电站无电网电源作为厂用电系统的备用电源，所以现有备自投系统并不能保障厂用电系统不失电。

（2）现有厂用电备自投系统不具备自启动备用柴油发电机的功能，厂用电失电后需运行人员先人工完成倒闸操作，再到柴油机房（距电站中控室较远）启动柴油发电机组向厂用电供电，之后才能启动水轮发电机组，恢复对电网的供电。熟练运行人员完成该套操作约需30 min，操作设备较多，有一定的安全风险。而且主要供电用户COMILOG锰矿厂不允许出现长时间的停电事故，在其生产过程中出现长时间停电将对生产产品质量造成较大影响。

5 孤网运行电站厂用电系统的改进

大布巴哈水电站针对投运后发现的上述问题进行了试验验证及相关负荷计算，对厂用电系统进行了以下改进措施。

5.1 备自投装置改进

对现有第二级（400 V母线侧）备自投系统进行改进，使其逻辑功能符合孤网运行电站的需要。通过与柴油发电机厂家沟通，并于现场测试柴油发电机具备远程启动的功能。远方启动信号闭合后延时2 s启动柴油机，从启动柴油机到电压稳定400 V为34 s，远方启动信号闭合到电压正常共计36 s。远方启动信号消失后，延时92 s柴油机停止工作。36 s的启动时间可以满足运行中的机组不会由于辅机系统中断事故停机。因而可以将柴油发电机作为可以自动投入的备用电源。改进后的400 V厂用电备自投系统逻辑见图2。

图2 400 V厂用电备自投系统逻辑图

（1）正常运行工况期间，当2号厂用变压器故障时，PT02电压消失，PT01电压正常，断开2号厂变低压侧断路器2 ZKK（TL34-CB2），延时T4合上AB段与B段联络断路器4 ZKK（AB-CB2），由1号厂变带全厂运行，流程A-1。

（2）1 号厂变带全厂运行期间，1 ZKK（TL12-CB2）合闸，PT01有电压，当2号厂变故障恢复（PT02）且电压恢复后，断开AB段与B段联络断路器4 ZKK（AB-CB2），延时 T2 合上 2 ZKK（TL34-CB2），恢复正常运行工况，流程A-2。

（3）1号厂变带全厂运行期间，1 ZKK（TL12-CB2）合闸，PT01有电压，当1号厂变故障时，PT01、PT02电源消失全厂失电，断开1～2号厂变低压侧断路器 1 ZKK（TL12-CB2）和 2 ZKK（TL34-CB2），延时T4合上AB段与B段联络断路器4 ZKK（AB-CB2），备自投开出柴油发电机启动信号DO5（或DO6），启动1号（或2号）柴油发电机组，当PT03（或PT04）电压大于 95% Ue（380 V）后，合 5 ZKK（G1-CB）（或6 ZKK），用一台柴油发电机对全厂供电，流程A-3。

（4）一台柴油发电机对全厂供电期间，5 ZKK（G1-CB）（或 6 ZKK）合闸，PT03（或 PT04）有电压（U≥380 V），当1号厂变故障恢复（PT01）且电压恢复后，断开 5 ZKK（G1-CB）（或 6 ZKK），断开备自投柴油机启动信号DO5（或DO6），延时T1合上1 ZKK（TL12-CB2）、延时 T4 合上母联 4 ZKK（AB-CB2），由1号厂变带全厂供电，流程A-4。

（5）流程 B-1、B-2、B-3、B-4 与 A-1、A-2、A-3、A-4类似，不再详述。

（6）正常运行工况期间：1～2号厂变故障：PT01、PT02电源消失全厂失电，断开1～2号厂变低压侧断路器 1 ZKK（TL12-CB2）和 2 ZKK（TL34-CB2），延时T4合上母联断路器4 ZKK（AB-CB2），备自投开出柴油发电机启动信号DO5（或DO6），启动1号（或2号）柴油发电机组，当PT03（或PT04）电压大于95% Ue（380 V）后，合 5 ZKK（G1-CB）（或 6 ZKK），用一台柴油发电机对全厂供电，流程C。

（7）一台柴油发电机对全厂供电期间，5 ZKK（G1-CB）（或 6 ZKK）合闸，PT03（或 PT04）有电压（U≥380 V），当1号厂变和2号厂变故障同时恢复，PT01和PT02均有电压（U≥380 V），断开柴油发电机 5 ZKK（G1-CB）（或 6 ZKK）和母联 4 ZKK（AB-CB2）开关，断开备自投柴油机启动信号DO5（或DO6），延时 T1 合上 1 ZKK（TL12-CB2），延时 T2 合上 2 ZKK（TL34-CB2），恢复正常运行工况，流程D。

两台柴油发电机组GE1、GE2互为主、备用，配置主备用切换开关SA，可在停机态时，由运维人员进行两台柴油发电机之间的切换，并将主用柴油发电机组设置情况反馈至备自投系统，确保备自投控制正确。

两台柴油发电机组与1～2号厂变低压侧断路器5 ZKK（G1-CB）、6 ZKK（G2-CB）与1 ZKK（TL12-CB2）、2 ZKK（TL34-CB2）之间必须有可靠的电气闭锁，防止1～2号厂用变供电时柴油发电机组误投入，非同期合闸造成设备短路事故。

2 台柴油发电机组 5 ZKK（GE1-CB）、6 ZKK（GE2-CB）之间必须有可靠的电气闭锁，防止误将两台柴油发电机同时投运，非同期并网造成设备短路事故。

运维人员需定期维护检查柴油发电机组，确保主用设备正常。以保障400 V厂用电A、B段同时失电时，备自投可以启动柴油发电机投入供电。

5.2 增设失压脱扣装置

大布巴哈水电站内将负荷种类分为3类：

（1）Ⅰ类负荷：直接影响机组安全运行的负荷，照明负荷；

（2）Ⅱ类负荷：通风、消防、检修渗漏排水、空压机等电站公用系统；

（3）Ⅲ类负荷：除Ⅰ、Ⅱ以外的其他负荷。

一台柴油发电机的容量为800 kW，经现场统计A、B段母线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类负荷合计约有1 500 kW＞800 kW，柴油发电机不足以支持其正常运行。而一台水轮发电机组安全运行需要的Ⅰ类负荷仅为212 kW＜800 kW，柴油发电机可以支持其正常运行。

大布巴哈电站在Ⅱ、Ⅲ类负荷开关前端增设失压脱扣装置，并设置动作延时为3 s。第一级10 kV侧备自投动作切换供电的时间约为0.3 s，第二级备自投在1、2号厂用变压器不同供电方式下切换时间约为0.6 s。因而仅在A、B段母线同时失电，备自投启动柴油发电机供电时失压脱扣装置才会动作，切除Ⅱ、Ⅲ类负荷。在水轮发电机组正常启动，厂用电恢复正常运行工况后再由运行人员手动恢复Ⅱ、Ⅲ类负荷的供电。同时为确保泄水系统闸门在失电情况下可操作，按《水利水电工程钢闸门设计规范》要求增加“无动力液控应急操作装置”即可在无电源情况下开关闸门。

6 结语

孤网运行电站的厂用电系统无电网电源的支持，造成其运行可靠性大大降低。因而大布巴哈电站在运行实践中进行改进，将柴油发电机组作为自启动的备用电源投入运行。提高了厂用电系统的可靠性，并且大大减少了出现事故后的恢复时间，避免用户侧出现长时间停电事故，提高了供电质量及电网运行的稳定性。