发电厂10kV厂用电系统三分段备自投设计.pdf

64第 46 卷 第 08 期2023 年 08 月Vol.46No.08Aug.2023水 电 站 机 电 技 术Mechanical&ElectricalTechniqueofHydropowerStation0 引言发电厂厂用电系统是保障电力系统电源正常运行的重要设备，系统对其可靠性要求极高，其备自投装置是厂用电系统安全运行的保证。厂用电备自投模型多为标准典型接线形式，备自投功能采取独立配置方式，集成于装置中，用来应对厂用电系统失电恢复，实现自动倒闸操作等。本论文结合某发电厂的 10 kV 厂用电保护系统自主可控改造过程，分析了厂用电系统备自投逻辑的设计和优化方式。1 厂用电系统配置情况及运行方式1.1 厂用电系统结构及备自投动作模式某发电厂 10 kV 厂用电系统由于投产初期运行方式较为薄弱，为保证可靠性，10 kV 厂用电一次系统设计为三分段接线形式，同时引入厂内、厂外电源作为备用电源。图 1 为厂用电备自投一次接线图，以 M 为例，1B 为母线的主供电源，2B 为厂内备用电源，进线 2 为厂外备用电源。以 M 为例，2B 为母线的主供电源，1B，3B 为厂内备用电源，进线 2、3为厂外备用电源。可总结为五电源三分段接线形式。在丰水期模式下，若 M 主供电源消失，优先投 3DL；在枯水期模式下，若 M 主供电源消失，优先投 2DL；在 2DL 带 M 的情况下，若 M 无故障失压，则投 3DL；在 3DL 带 M 的情况下，若 M无故障失压，则投 2DL。图 1 备自投一次接线图1.2 原厂用电备自投模式存在问题分析原厂用电系统使用ABB公司的REF-542装置，可灵活编程，非专用备自投装置，备自投逻辑分布于备自投相关的 7 个开关保护设备中，其配合存在一定的时序与逻辑问题，存在拒动的风险。主要问题有如下几点：（1）可靠性降低：采用灵活逻辑，不固定动作行收稿日期：2022-12-29作者简介：罗金嵩(1992-)，男，工程师，从事电力系统继电保护工作。发电厂 1 0 k V厂用电系统三分段备自投设计罗金嵩，武丽丽，吴礼贵，李 琛（中国长江电力股份有限公司，湖北 宜昌 443000）摘 要：某发电厂 10 kV 厂用电系统为三分段接线形式，厂高变作为厂用电各段母线的主供电源，同时，为了提升检修期间厂用电运行方式可靠性，引入厂外电源作为备用电源。在电厂发电机加装发电机出口断路器后，厂用电运行方式得到极大优化，原有厂用电备自投逻辑显得过于复杂，可靠性不足。本文基于某发电厂 10 kV 厂用电系统配置，对三分段厂用电备自投系统设计进行了探索研究。文中首先介绍了发电厂 10 kV 厂用电系统的运行方式，并对旧备自投逻辑缺陷进行了深入分析，对厂用电备自投的逻辑设计进行优化探索，极大提升了厂用电系统运行的可靠性，确保了发电机组的安全稳定运行。关键词：厂用电备自投；三分段母线；动作逻辑；自主可控中图分类号：TV734.2文献标识码：B文章编号：1672-5387（2023）08-0064-05D O I：10.13599/ki.11-5130.2023.08.01865第 08 期罗金嵩，等：发电厂 10 kV 厂用电系统三分段备自投设计为，逻辑较为复杂，采样点多，导致动作可靠性降低，曾出现备自投动作非同期合闸。（2）时序配合难度大：分布式逻辑构成，一处供电点的 7 个参与备自投装置均包含备自投程序，且互相不能替换，分布式的程序设计模式导致各装置的时间配合容易出现问题，导致动作失败。（3）厂用电运行方式优化后程序不匹配：某发电厂由于加装 GCB 后，厂用电运行方式得到极大优化，现采取主变倒挂运行方式，即使在枯水期机组停运，主变仍旧可以带厂用电母线运行，原备自投逻辑中枯水期与丰水期的模式设计已经过时。（4）保护与备自投共用装置存在安全风险：主进线保护与备自投共用装置，主进线保护装置检修时会影响备自投系统，增加了系统运行的风险。2 新备自投功能设计在设计新备自投逻辑时，以可靠性为导向，尽量简化程序。采用南网 220 kV 系统备自投模式。2.1 新备自投功能改进（1）动作逻辑固化，程序不可修改。不同接线方式的站域设计不同逻辑的备自投，逻辑固化减少了人为误整定的概率。（2）集中式的动作逻辑模式，备自投装置为逻辑判断控制单元，其余保护装置为执行单元，简化了回路接线。（3）加装 GCB 后，绝大部分时候母线以主供电源供电，取消枯水期、丰水期方式，仅保留一种动作模式，根据开关及手车的位置，以及电压模拟量，以查表方式执行备自投动作逻辑；设置专用备自投装置，根据逻辑设计与维护的难易程，每条母线配置一台备自投装置，增加了可靠性，维护更为方便。2.2 新备自投功能要求（1）高厂变作为母线主供电源，当母线因发电机停机、开关正常操作分闸或低电压跳闸时，将投入备一电源；若其备自投条件不满足，则投入备二电源。（2）备自投设置全自动、半自动、退出 3 个运行模式。全自动模式下对备自投与自恢复逻辑起控制作用，半自动模式下仅对备自投逻辑起控制作用，退出模式则闭锁备自投；备自投逻辑不受全自动、半自动运行方式限制。（3）自恢复仅考虑由备一或备二电源向主供电源恢复的过程。（4）正常情况备自投只能动作一次，增加控制字，用于实现一备失败后投二备。（5）在全自动模式下，每操作一次全自动模式，自恢复逻辑仅只能动作一次。（6）任意一个备自投方式动作失败后，所有备自投方式均应立刻放电。（7）备自投动作结束或异常自动消失后，无需手动复归，即可重新进入充电逻辑。3 备自投动作逻辑备自投逻辑考虑大部分情况下，3 段母线分列运行，各自由厂内厂高变带；在母线段厂变上端主变检修或停运时，该母线优先由厂内相邻母线带，即厂内一带二；其次由厂外母线带，即厂外带厂内运行；最罕见的方式即为厂外电源带厂内 2 段母线运行，即厂外一带二。其余运行方式不予考虑。若一备电源不满足条件，则备投优先顺序顺延至二备；若一备动作失败，可以选择投二备，也可以选择直接结束流程；若二备电源不满足要求，则无论一备动作是否成功，均结束流程。备自投程序动作顺序核心原则总结如下，无论何种运行方式，均遵从：动作后，厂内一带二优先厂外带一段；厂外一带二优先厂内一带三的总体原则。3.1 M备自投逻辑M 与 M 由于在结构上为镜像对称，故其逻辑完全相同，只是程序中对于开关的编号定义不同。下面以M 备自投为例说明M/M 的 5 种备自投逻辑以及 2 种自恢复逻辑，开关编号如图 2 所示。图 2 M 厂用电备自投方式一初始运行状态（1）正常运行时，三段母线分段运行，分别由主供电源供电。当 M 主供电源发生故障时，有 M-M 母联及厂外电源 2 路备用电源，此时若 M 与 M 分列运行，则一备为母联 3DL，二备为厂外电源 2DL；若 M 与 M 联络运行，则一备为厂外电源 2DL，二备为母联 3DL。上述情况下，二备66第 46 卷水 电 站 机 电 技 术动作成功后会出现一带三，应及时进行方式倒换。以 M 备自投逻辑方式一为例，其合与跳 3DL断路器逻辑框图如图 3 图 5 所示。图 3 合 3DL 开关逻辑图 4 跳 3DL 开关逻辑图 5 M 厂用电备自投方式二初始运行状态（2）当 M 由主供电源供电，且 M 带 M 运行时，有厂外电源2DL及母联4DL共2路备用电源，一备为厂外电源 2DL，二备为母联 4DL，在二备动作成功后会出现一带三，该运行方式需及时进行倒换。图 6 M 厂用电备自投方式三初始运行状态（3）当 M 主进线停运，M 由厂外电源 2DL供电且 M 与 M 分列运行时，仅有母联 2DL 作为备用电源。图 7 M 厂用电备自投方式四初始运行状态（4）当 M 主进线停运，M 由厂外电源 2DL供电且 M 与 M 合母运行时（此种方式比较罕见），仅有母联 4DL 作为备用电源，动作后 M 一带三，动作后需及时进行方式倒换。图 8 M 厂用电备自投方式五初始运行状态（5）当 M 主进线停运，M 由 M 供电且 M 由主供电源供电时，有厂外电源 2DL 作为备用电源，此时 M 的失压需分情况讨论。若是 M主供电源失压导致M失压，则由M备自投动作；若是母联开关 3DL 偷跳，则 M 备自投动作投厂外电源 2DL；若是母联开关保护动作，因可能为 M故障，故闭锁备自投。3.2 M备自投逻辑下面说明 M 的 5 种备自投逻辑以及 2 种自恢复逻辑，开关编号如图 9 所示。图 9 M 厂用电备自投方式一初始运行状态（1）当 M 由主供电源供电，且 M 分列运行时，有母联 3DL 及母联 4DL 共 2 路备用电源，一备为母联 3DL，二备为母联 4DL。图 10 M 厂用电备自投方式二初始运行状态（2）当 M 由主供电源供电，且 M 带 M 运行时，有 M 厂外电源 2DL 及母联 4DL 共 2 路备用电源，一备为 M 厂外电源 2DL，二备为母联4DL，在二备动作成功后会出现一带三，该运行方式需及时进行倒换。67第 08 期罗金嵩，等：发电厂 10 kV 厂用电系统三分段备自投设计图 11 M 厂用电备自投方式三初始运行状态（3）当 M 由主供电源供电，且 M 带 M 运行时，有 M 厂外电源 5DL 及母联 3DL 共 2 路备用电源，一备为 M 厂外电源 5DL，二备为母联3DL，在二备动作成功后会出现一带三，该运行方式需及时进行倒换。图 12 M 厂用电备自投方式四初始运行状态（4）当 M 主进线停运，M 由 M 供电，M由主供电源或厂外电源供电时（灰色开关仅投入一个），有母联 4DL 作为备用电源，此时 M 的失压需分情况讨论。若是 M 进线电源失压，则由 M 备自投动作；若是母联开关 3DL 偷跳，则 M 备自投动作投母联 4DL；若是母联开关保护动作，因可能为 M 故障，故闭锁备自投。图 13 M 厂用电备自投方式五初始运行状态（5）当 M 主进线停运，M 由 M 供电，M由主供电源或厂外电源供电时（灰色开关仅投入一个），有母联 3DL 作为备用电源，此时 M 的失压需分情况讨论。若是 M 进线电源失压，则由 M备自投动作；若是母开关 4DL 偷跳，则动作投母联2DL；若是母联开关保护动作，因可能为 M 故障，故闭锁备自投。3.3 各逻辑细节分析（1）备自投失压启动条件：必须同时满足 2 个条件，备自投装置采集的母线电压模拟量满足无压定值（判别取最大线电压值）；由 ABB REU615 装置判断的母线失压接点动作闭合。（2）母线 PT 断线：本母线 1 相与 2 相断线，不影响备自投，本母线 3 相 PT 断线，备自投放电；其他母线 1 相断线，不影响备自投；其他母线 2 相及 3 相断线，该母线不再作为备用电源。（3）主进线 PT 断线仅影响自恢复逻辑，不影响备自投；其他进线 PT 采集线电压出现断线，该进线不再作为备用电源。（4）厂外电源 PT 断线逻辑中判断厂外电源开关的工作位置，试验位置不报警。（5）母线备用电源消失：该逻辑为所有相关联的备用母线、厂外电源均PT断线或失压时，才会报“母线备用电源消失”。（6）开关位置异常：开关手车处于工作位置时，运行中出现开关分位且有流的情况，装置延时确认报“开关位置异常”。（7）加速备投跳闸：本母线的供电电源处于分位时，备自投加速跳供电电源，即下表中 T8T1，使得在运行倒闸操作过程中，备自投动作时间更短。4 备自投闭锁逻辑绝大多数情况下为分母运行，故据此设置备自投闭锁条件。厂变差动不闭锁备自投：判为母线区外故障。进线速断保护动作闭锁本母线备自投：判为母线故障，为防止备自投合于故障，闭锁备自投。合母运行情况下，仅偷跳逻辑启动备自投。母联速断保护闭锁两侧母线备自投：在合母运行情况下，仅有母联偷跳逻辑启动备自投，其余情况均闭锁两侧母线备自投，防止备自投合于故障。如图14、图 15 所示，f2 与 f3 处故障时，故障母线失压，且母联保护动作闭锁故障母线备自投，正常母线不失压；f1 与 f4 处故障时，故障母线失压，且进线保护动作闭锁故障母线备自投，母联开关未跳开，正常母线也失压。合于故障加速段动作不闭锁备自投，因备自投延时充电。5 结语某发电厂中由于发电系统一次设备的改造，对68第 46 卷水 电 站 机 电 技 术10 kV 供电点的厂用电备自投逻辑进行重新构建，对备自投动作模式进行设计研究，解决了旧模式存在的问题，使之适应新的系统运行方式。新备自投能够较好适应现有运行方式，且新逻辑相对旧逻辑简洁明了。重点解决了旧备自投逻辑的如下问题：（1）逻辑适应性更好：针对非典型的三分段五进线电源厂用电接线形式，进行了备自投逻辑设计，解决了加装 GCB 后程序的适应性问题，相关成果可应用到类似多进线电源三分段接线的厂用电系统；（2）动作可靠性提高：为了避免程序出现竞争，提高备自投动作的成功率，采用查策略表的动作模式。于常规的运行方式，均有唯一对应的备自投动作模式；取消丰水期、枯水期逻辑设计，逻辑简单可靠，运行人员操作简单方便；（3）时间整定更容易：采用集中式的控制策略，备自投中心单元进线时间整定，其余开关作为执行元件，使得系统整体的时间配合更加容易，解决了母线电压衰减慢等极端情况可能导致的时间失配问题；（4）各逻辑细节更加完善：分析旧备自投逻辑及其它电站备自投动作失败的案例，进行了针对性的优化，如：备自投启动后，要延时跳开原进线开关，确定断路器跳开后，执行后续逻辑，若开关位置未返回，备自投动作结束，防止出现非同期合闸情况。采取中心单元的思路，并设计了偷跳动作逻辑，解决了合母运行时可能存在的程序竞争问题。合理分配使用开关位置接点，以及手车位置接点将位置接点错误对备自投动作的影响降至最低。（5）系统维护更容易：采用专用装置使得备自投装置的维护变得更容易，备自投装置集中在 3 个主进线单元，不涉及其他盘柜，进线开关保护停运不影响备自投运行，程序固化维护中无需对程序进行修改。参考文献：1古树平，李颖.糯扎渡水电站厂用电备自投系统的分析与设计 J.水电站机电技术，2016，39（10）：19-21.2彭军，易亚文，王锋.向家坝水电站 10kV 厂用电系统备自投设计优化 J.水力发电，2014，40（10）：49-51.3李光耀，龚林平，封孝松，等.水电站 10kV 备自投设计的相关问题及解决方案 J.四川电力技术，2012，35（6）：40-42，51.4中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.继电保护和安全自动装置技术规程：GB/T14285-2006S，2006.5中国电力企业联合会.电力装置的继电保护和自动装置设计规范：GB/T50062-2008S，2008.图 14 厂用电 f1、f2 处故障示意图 15 厂用电 f3、f4 处故障示意水电站机电技术 征订单订 阅 单 位收件部门或姓名详 细 地 址邮 政 编 码联 系 电 话手机e-mail/QQ资费（含邮资）本杂志为月刊，15.00 元/本/期例：全年订阅 1 本的价格为 15.00 元/本/期 12/期 1 本 180.00 元订 阅 份 数2023 年度_ 本2024 年度_ 本合计金额(大写)订阅单位（盖章）年 月 日开发票户头信息：_（请将此征订单填好、盖章后的扫描件发至：）