提高蓄能电站10 kV厂用电系统运行可靠性

金清山，黄 嘉，李国宾

（河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050300）

1 引言

张河湾电站位于河北省石家庄市井陉县境内，距石家庄市直线距离为53 km，公路里程为77 km。电站设计安装4台25万kW单级混流可逆式水泵水轮发电机组，总装机容量100万kW，以一回500 kV线路接入河北南部电网，主要承担系统调峰、填谷、调频、调相等任务，并且在电网故障甚至瓦解时，可以充当电网最佳的紧急事故备用和“黑启动”电源。

张河湾电站10 kV厂用电系统共配置4台高压厂用变压器，均为单相干式变，接线组别Yd11，中性点采用不接地方式。厂用电系统常用电源由4台厂用变压器低压侧提供，备用电源为厂外35 kV变电站，保安电源为柴油发电机；地下厂房10 kV开关柜共分三段，其中第一段和第三段均为两路电源进线，来自厂变低压侧。第二段母线电源来自厂外35 kV变电站10 kV电源。

2 研究背景

张河湾电站10 kV厂用电系统为中性点不接地系统，无法实现灵敏且有选择性的接地保护，可能导致单相接地故障扩大为事故，虽然配置了小电流接地选线装置，但事故发生时仍存在选线困难、只是报警不跳闸问题。其次，10 kV厂用电保护系统装置已持续运行12年，存在设备老化情况，安全性及可靠性均有所下降，存在误动或者拒动的风险，可能会造成事故扩大。

张河湾电站厂用电系统典型故障举例：

（1）由于老鼠进入盘柜，将高压侧与盘柜跨接，形成接地，并将电压互感器烧损如图1所示，但由于接地电流比较小，保护无法启动，故无法自动将故障切除。

图1 电压互感器烧损

（2）由于电缆接头绝缘破损如图2，导致电缆对外壳放电，但由于过流保护动作切除故障，保护无法准确选择故障支路，造成越级跳闸，扩大了故障范围。

图2 电缆接头绝缘破损

如表1数据，张河湾电站10 kV厂用电保护系统不正确动作次数平均每年2.33次，厂用电系统运行可靠性不高，因此，将提高蓄能电站厂用电可靠性作为本次研究课题。

表1 2017～2019年厂用电保护装置不正确动作统计

3 原因分析

张河湾电站10 kV厂用电系统运行可靠性不高主要因素分析。

（1）厂用电系统保护装置可靠性不高

1）保护装置为全英文界面，且为英文字母缩写，除保护专业人员外，其他巡检人员不易理解保护装置信息；

2）保护装置已持续运行12年，已达到保护装置更换年限；

3）保护种类配置不全，根据实际运行经验（结合电站发生的故障），曾因缺少零序过流保护发生保护误动及拒动现象，存在隐患。

（2）厂用电系统为中性点不接地系统

10 kV厂用电系统为中性点不接地系统，无法构成零序回路，各馈线开关柜虽然在设计时配置了零序电流互感器，但并未引入保护装置，无法实现故障时准确选线，发生接地故障时可能会越级跳闸，扩大事故范围。

4 制定对策

针对造成10 kV厂用电系统运行可靠性不高2个主要原因，通过仔细研究，制定了详细应对措施：

（1）将10 kV保护装置进行升级改造

1）完善10 kV保护配置，增设零序过流保护；

2）保护装置界面汉化，方便巡检人员查看信息。

（2）将厂用电系统改为经接地变压器接地方式

1）在1～4号厂变低压侧与进线开关间分别装设4台接地变压器；

2）将各馈线开关柜零序电流互感器二次侧接入保护装置。

5 对策实施

5.1 10 kV厂用电保护装置升级改造

将保护装置原厂升级，升级为当前市场最新型号的产品，主要原因如下：

（1）若保护装置型号接线发生改变，现有的信号电缆将无法直接接入装置，需重新设计及更换电缆，大大增加保护装置升级改造成本及工作量。

（2）目前，张河湾公司10 kV厂用电盘柜面板布置紧凑，若保护装置尺寸发生变化，则需重新定制盘柜面板，重新设计各仪器仪表的分布位置，部分表计所用的电缆也需要进行更换，将会增加保护装置改造工作量。

（3）张河湾公司10 kV厂用盘柜内部自动化元器件布置紧凑，若保护装置深度发生变化，则需充分考虑对现有的自动化元器件的影响，部分自动化元器件需重新选择安装位置，将会增加改造工作难度及工作量。

本着节省改造成本，减少保护装置升级改造难度及工作量的原则，采用保护装置原厂升级，将保护系统升级为当前市场最新型号。

5.2 10 kV厂用电系统接地方式改造及保护配置方案选择

（1）接地变及接地电阻柜位置的选择

1）将接地变及接地电阻柜直接接在厂变低压侧，1～4号接地变及接地电阻柜分别放置于1～4号母线洞；

2）将接地变及接地电阻柜接在10 kV进线开关柜进线侧，1～4号接地变分别放置于1、2号10 kV开关室。

1方案保护范围更大，可以将厂变低压侧端子至10 kV进线开关柜之间的电缆纳入保护范围，但1～4号母线洞空间狭窄，不具备放置的条件；2方案保护范围虽然较小，但10 kV开关室空间相对宽敞。经过比较，最终选择2方案。

（2）接地变及接地电阻柜保护配置的选择

1）在接地变及接地电阻柜柜内配置一套保护装置，实现设备本体保护，保护装置动作后跳厂变高压侧开关和低压侧开关。

2）在接地变与进线开关之间增设一台接地变开关柜，并在本开关柜上配置保护装置，保护动作后果：跳开接地变开关。

3）利用现有的保护装置实现接地变及接地电阻柜的保护，利用进线开关柜保护装置配置零序过流保护，动作后跳厂变高压侧和低压侧开关，利用厂变差动保护装置配置接地变及接地电阻柜本体过流保护。

1方案实施简单，保护配置独立，但无法满足保护装置抗干扰的要求；2方案实施效果较好，但成本会大大增高，且每台接地变及接地电阻柜均需要配置一台开关柜，对空间要求更高，对新建设电厂应用效果较好，改造项目则需要充分考虑实际情况，我厂空间有限，不适用；3方案实施简单，经济适用，改动最少，故我厂选择3方案。

5.3 10 kV厂用电系统接地方式改造实施

（1）接地方式改变后厂用系统接线图（如图3）。

图3 接地变及电阻柜接线图

（2）接地变及接地电阻柜安放位置（如图4）。

图4 盘柜安装位置

根据10 kV开关室的开关柜分布情况，10 kV开关室1对称放置两台接地变接地电阻柜，10 kV开关室2并排放置两台接地变及接地电阻柜。

（3）接地变及接地电阻柜保护的配置（如图5）。

将零序电流引入进线开关保护装置，利用进线开关柜保护装置P127配置零序过流保护；将三相电流依线号标注接入厂变差动保护装置，利用厂变差动保护装置7UT613配置定时限过电流保护。

图5 保护配置图

6 结论

10 kV厂用电系统保护装置电流电压信号采集正确，改造后未发生误动及拒动情况，接地变及接地电阻柜运行平稳，温度信号正常，电磁闭锁装置正常，无论从原理、结构还是实际运行效果看均优于改造前，大大提高了10 kV厂用电系统运行可靠性，达到了预期效果。