600 MW混流式水电机组保自用电措施探讨

胡金平

（云南华电梨园公司，云南 丽江674100）

0 前言

梨园水电站位于云南省丽江市玉龙县（右岸）与迪庆州香格里拉县（左岸）交界的金沙江中游河段，是金沙江中游河段一库八级的第3级，上游与两家人水电站相衔接，下游为阿海水电站。电站装机容量2400MW，单机600MW，共4台；机组采用福伊特公司的HLV186-LJ-815立轴金属蜗壳混流式水轮机[1]和阿尔斯通公司的SF600-64/16880三相、立轴半伞式、密闭自循环空冷、同步发电机[2]。主接线为3/2接线方式，两回出线分别送至金官换流站、阿海水电站（阿海水电站再经2回线路送至金官换流站），金官换流站交流侧通过太金双线与云南电网连接，直流侧经金中直流与广西桂中换流站连接。

水电厂厂用电系统若供电可靠性差，发生全厂交流系统失电可能导致发电机组与电网解列，厂房动力设备失电，处理不及时或不正确有可能造成事故扩大，发电机组主、辅设备损坏或全厂停电[3]。机组自用电是指与机组运行直接有关的厂用负荷用电，包括机组高压油顶起装置油泵、水导轴承外循环油泵等，梨园水电站机组自用电一旦消失，就可能造成机组推力轴承瓦、水导轴承瓦烧坏事故。

1 厂用电正常运行方式

1.1 厂用电接线方式

如图1所示，梨园水电站厂用电采用10kV和400V两级电压供电[4]，10kV供电系统分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5段，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段相邻段之间设有一个联络断路器，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段与Ⅴ段之间均设有两个联络断路器。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段电源分别取自与主变1B、2B、3B、4B 低压侧直接相连的厂高变 11B、12B、13B、14B，Ⅴ段电源取自电站10kV外来电源（施工变电站）。400V厂用电母线均分为A、B两段，每段电源取自对应的10kV厂用电系统（如厂低变21B电源取自10kV断路器0021）。

1.2 厂用电备用电源自投装置

梨园水电站10kV厂用电备用电源自投装置只有4种备自投方式，分别适用于4种运行方式。即：①10kV厂用电Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段母线分段运行，由厂高变供电；②Ⅰ、Ⅱ段联络运行，Ⅲ、Ⅳ段联络运行，由厂高变供电；③两段母线联络运行，另两段母线分段运行，由厂高变供电；④10kV厂用电Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段母线分段运行由厂高变供电，且Ⅴ段带电运行。不属于上述4种运行方式时，则10kV备自投功能失效。

400V厂用电备用电源自投装置采用国电南自公司PSP691U（A）备自投装置[5]，装置有且仅有1种备自投方式，即母联自投方式：A、B段分段运行，2台厂低变各带1段母线运行，当某一进线电源故障或因其他原因被断开（手跳除外），母联开关自动合闸，转为A、B段联络运行，且只动作1次。

图1 梨园水电站10kV厂用电及400V自用电接线简图

1.3 厂用电正常运行方式

正常情况下，10kV厂用电Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段独立运行，相邻段母线互为备用；10kV厂用电Ⅴ段处于明备用状态，带电空载运行；柴油发电机组1CF作为电站的保安电源，处于冷备用状态；10kV备自投装置正常投入。400V厂用电A、B段分段运行，A、B两段电源互为备用；400V备自投装置正常投入。

2 机组自用电消失风险辨识及预控

2.1 机组自用电消失的后果辨识

2.1.1 水导轴承烧瓦风险

梨园水电站机组水导轴承由水导瓦、上油箱、下油箱、油循环冷却系统及自动化元件部件等组成[6]。16块水导瓦均匀布置于水导上油箱内。机组运行时，水导上油箱内的润滑油小部分顺着油封环与大轴间的间隙漏至下油箱，大部分漫过溢流板经回油孔回到下油箱，再经外循环油泵通过均布在轴承座内侧的16根油管对大轴进行喷射冷却，回到上油箱。若机组自用电突然消失，水导外循环油泵停运，上油箱的油顺着油封环与大轴间的间隙漏至下油箱，上油箱油位降低，油失去换热冷却，水导瓦瓦温将会迅速上升，由于梨园水电站未投入机组瓦温和振摆保护（担心其误动），短时间内就很有可能烧坏水导瓦；水导瓦烧坏后，振摆失控，则可能酿成更大事故。

2.1.2 推力轴承烧瓦风险

梨园水电站机组推力轴承为双层乌金瓦、小弹性支柱簇支撑。配有高压油顶起装置，用于机组在启动和停机过程中转速小于95%Ne时给推力轴承瓦面注入高压油以保护瓦面，保证机组的安全运行[7]。若机组在开、停机过程中，自用电突然消失，推力高顶油泵停运，则可能烧坏推力瓦。

2.2 机组自用电消失的原因辨识及预控措施

2.2.1 GIS失电导致全厂厂用电消失风险分析及预控措施

正常情况下GIS带全厂厂用电运行，GIS失电时，会导致厂用电消失、机组事故停机时无自用电，可能烧坏推力轴承瓦、水导轴承瓦。

（1）GIS失电可能原因分析

1）梨园至金官线路跳闸（包括梨金甲线、梨阿线+阿金双线），梨园与金官换流站失去连接后，机组高频保护动作停机。

2）金官换流站联网低功率闭锁功能投入时，若太金甲、乙线跳闸，孤岛判别装置检测出金中直流由联网转孤岛运行，且太金甲、乙线功率均低于50MW，此时孤岛低功率闭锁功能激活，如若金中直流运行双极功率小于1100MW，则孤岛低负荷闭锁动作，直流双极闭锁，向梨园、阿海发送直流停运信号并下达全切令，梨园阿海机组全部解列。

3）孤岛方式下，金中直流单极运行，单极运行功率高于孤岛直流极闭锁切机动作门槛值150MW，发生单极闭锁故障时，金官稳控下达全切令，梨园阿海机组全部解列。

4）孤岛方式下，金中直流双极运行，双极运行功率高于孤岛直流极闭锁切机动作门槛值150MW，发生双极T1时间内相继闭锁故障时，金官稳控下达全切令，梨园阿海机组全部解列。

（2）运行方式薄弱时，需提前采取预控措施应对GIS失电

1）10kV厂用电Ⅴ段停电且500kV出线单线路运行时，将柴油发电机组启动带10kV厂用电Ⅰ段及Ⅱ段，且只供电至机组自用电A段，自用电B段由GIS供电；其他400V厂用电B段联络A段运行，由GIS供电；退出10kV及400V备自投装置；切除运行机组筒阀3台回油泵。同时，尽量减少10kV厂用电Ⅴ段停电、施工变电站停电的可能及时间。

2）10kV厂用电Ⅴ段停电且500kV双线路运行时，将柴油发电机组转热备用且切至远方自动模式；439断路器处工作位置、远方模式、二次空开合闸；0095、0091断路器处工作位置、远方模式、二次空开合闸。

3）10kV厂用电Ⅴ段运行，500kV单线路运行但线路伴有山火等恶劣天气时，将Ⅴ段倒闸至联络Ⅲ、Ⅳ段运行。

4）10kV厂用电Ⅴ段运行，金中系统直流输送功率低于1100MW时，加强厂用电Ⅴ段运行监视及巡检，将柴油发电机组及相关断路器转至热备用状态。

5）孤岛运行时，将Ⅴ段倒闸至联络Ⅲ、Ⅳ段运行，将柴油发电机组及相关断路器转至热备用状态，必要时，选取某台机组与并网机组分厂运行，带厂用电Ⅰ、Ⅱ段。

2.2.2 厂用电系统故障导致自用电消失风险分析

400V自用电母线联络运行时，400V母线至主变范围内任一设备故障，都会导致机组自用电失电。

预控措施：减少400V机组自用电母线联络运行的可能和时间；400V母线必须联络运行时，减少对应机组开机的可能；400V母线联络运行，对应机组必须开机运行时，加强机组自用电母线及其对应主变、厂高变、10kV母线、厂低变的巡检、监视。

2.2.3 误操作导致自用电消失风险分析

400V自用电母线倒闸时，误操作可能导致自用电双段母线失电。

预控措施：尽量不要在机组运行时进行运行机组自用电相关的厂用电倒闸操作，必须进行倒闸操作时，禁止自用电两段母线同时失电，禁止单段母线长时间停电，需要对某段母线断电前，先确保另一段母线独立运行正常。

3 机组自用电消失应急处置措施

3.1 全厂机组事故停机所需用电功率分析

从设计上考虑，只要调速器和筒阀油位油压正常，即使油泵不启动，也可以满足导叶或筒阀动水从全开至全关；制动气空压机即使不启动，也能满足4台机事故停机时机械制动的用气量。但是，正常情况下，单台机组停机时，需要持续性用电功率约130kW（高顶油泵45kW、推力外循环油泵55kW、水导外循环油泵7.5kW，发电机辅助设备20kW），需要间断性用电功率约430kW（筒阀两台油泵同时运行320kW、调速器油泵110kW）。上述电机同时启动则需要约560kW，而柴油机额定功率只有1500kW、连续1h过负荷能力为1650kW（110%），正常情况下柴油发电机组只能保证两台机组停机用电功率需求。

实际上，筒阀一台油泵即可满足机组正常运行及停机需求，且筒阀油罐油压下降缓慢、油泵约1d才启动一台次，因此，极端情况下，若出现V段停电、3台或4台机组运行工况时，为满足柴油发电机带自用电运行后停机用电功率需求，应切除运行机组筒阀3台油泵，保留1台筒阀油泵投入。那么全厂失电时，单台机组用电需求减少为400kW，柴油发电机过负荷110%运行时能满足4台机停机用电功率需求。

3.2 保自用电应急处理基本原则

快速恢复机组自用电，保障机组停机过程中不烧坏水导瓦及推力瓦是重中之重。因此，任何情况下都必须优先将厂用电送至机组自用电。黑启动等待保自用电正常后再考虑。

3.3 GIS失电导致自用电消失的应急处理措施

3.3.1 10kV 厂用电Ⅴ段运行

GIS失电导致厂用电消失时，迅速检查10kV厂用电备自投装置正确动作，否则检查或断开Ⅲ、Ⅳ段进线及联络断路器，分别合上Ⅴ段至Ⅲ、Ⅳ段间的联络断路器0305、0405，直接将Ⅴ段倒闸送电至Ⅲ、Ⅳ段，检查机组自用电运行正常，并检查水导油泵及高顶油泵恢复运行正常，必要时，手动投入。后续再考虑送电至10kVⅠ、Ⅱ段及400V厂用电A段、黑启动等。

3.3.2 10kV 厂用电Ⅴ段停电

GIS失电导致厂用电消失时，远方快速启动柴油发电机组，检查或断开Ⅰ、Ⅱ段所有进线、联络、馈线断路器及 0095，合上 439、0091、0102，合上 0021、0025、0023、0027，只送电至 400V 自用电A段。

3.3.3 注意事项

（1）恢复过程中，做好机组停机流程监视，重点监视转速可控、导叶15s内快速全关、筒阀开度正常，若有不可控过速风险时，可上位机落下筒阀或按下继保室落门按钮。

（2）事故处理人力不够时，对领导及调度可先不做汇报及应答，全力保障机组自用电快速恢复。

4 结语

梨园水电站由于其机组的特殊性，机组自用电消失时，水导轴承瓦和推力轴承瓦烧坏风险高，运行人员应在不同薄弱的运行方式下预先采取对应的预控措施、准备好应急处理方案，并在班前会做好事故预想，模拟事故处理过程。自2014年投产以来，从未发生自用电消失事件，还快速处理过水导油泵跳闸、推力油泵跳闸等高风险事件，充分证明了机组自用电消失风险辨识和预控措施的可行性、可靠性。