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浅析桃源水电站柴油发电机自启动方案

发表时间：2020/7/2 来源：《基层建设》2020年第6期作者：江帆

[导读] 摘要：根据《桃源水电站机组甩负荷应急处理方案报告》和《桃源水电站机组甩负荷应急处理方案报告》的研究成果，水电站坝区厂用电存在随时中断且无法及时恢复的安全隐患：一旦厂内因220KV线路故障导致机组甩负荷停机而影响厂用电供电，外来电源又中断，在启动柴油发电机恢复坝区厂用电之前，泄洪闸门将无法正常启闭、及时弃水泄洪；而柴油发电机又需要值班人员进入柴油机室进行手动启停控制，由于值班人员集中于副厂房，距离柴

        中国水电顾问集团电力运营技术有限公司桃源水电厂工程师湖南省常德市 415000
        摘要：根据《桃源水电站机组甩负荷应急处理方案报告》和《桃源水电站机组甩负荷应急处理方案报告》的研究成果，水电站坝区厂用电存在随时中断且无法及时恢复的安全隐患：一旦厂内因220KV线路故障导致机组甩负荷停机而影响厂用电供电，外来电源又中断，在启动柴油发电机恢复坝区厂用电之前，泄洪闸门将无法正常启闭、及时弃水泄洪；而柴油发电机又需要值班人员进入柴油机室进行手动启停控制，由于值班人员集中于副厂房，距离柴油机室有一段距离，加上手动启动柴油机和坝顶400V手动倒闸都需要时间，这将会进一步延迟泄洪闸门启门的时间。本文针对此问题提出相应的技改方案，提高柴油发电机迅速供电能力，保证泄洪闸门动力电源，从而提高泄洪闸门的安全运行能力。
        关键词：柴油机；备自投；
        1 前言
        水电站大坝泄洪闸门的安全运行，关系着水电站水库运行的安危和下游人民的生命财产安全。大坝泄洪闸门一旦失控，将会引起不堪设想的严重后果。因此，提高水电站泄洪闸门供电可靠性，对于水电站的安全运行和下游人民的生命财产安全，具有十分重要的意义。
        2目前设备运行情况
        桃源电站厂用电情况为：厂用10.5kV母线分I、II、III三段，分别引自三段发电机扩大单元母线，III段母线还接有10kV外来备用电源，（厂用电接线图如图1-1所示）。正常运行时，I、II段母线单独运行。当I段母线（或II段母线）失电时，III段母线上相应的母联开关自动投入；当I、II段母线全部失电时，III段母线上的2个母联均自动投入。当III段母线失电时，III段母线上的10kV外来备用电源自动投入。

                   厂用电接线图1-1
        坝顶厂用电从10.5kV降压到0.4kV，设两台坝顶10.5kV/0.4kV变压器，电源分别从10.5kV母线I、II段引接。坝顶设有两段0.4kV母线，正常运行时，I、II母线分段运行。当I段母线或II段母线失电时，母联断路器自动投入，此时由另一台坝顶变压器负担全部负荷运行。柴油发电机接至坝顶母线II段，当坝顶两段母线均失压时，手动启动0.4kV柴油发电机组，保证坝顶母线有电，从而保证泄洪闸动力电源。从现场运行实际情况分析，在紧急情况下桃源电厂启动泄洪闸门泄洪的过程就是与洪水抢时间，争取以最快速度开启泄洪闸门泄洪，因此目前桃源电厂启动柴油发电机存在一下两个方面的问题。
        （1）、在全厂失电的情况下，要操作人员到柴油发电机室去启动柴油发电机，由于中控室离柴油发电机室有一定距离，中间还有隔着一道门，操作人员需要一定时间才能到达柴油发电机室，再加上手动启动柴油发电机比较慢。
        （2）、柴油发电机启动后，操作人员需要从柴油发电机室到坝顶配电间，对坝顶配电间的400V断路器进行倒闸操作，这些工作都需要一定时间。
        3针对问题处理方案
        针对桃源水电站柴油发电运行中的存在的安全隐患，桃源电厂组织技术人员进行了认真的分析，认为应该增加柴油发电机自启动功能，以及坝顶柴油发电机400V电源参与坝顶400V备自投。这样才能保证紧急请款下柴油发电启动的及时性以及400V供电的及时性。根据这一思路，技术人员提出了以下的改造方案。
        柴油机自启动软件通过实时监测坝顶400V厂用电两段母线供电情况，在两段母线均失电后，自动启动柴油发电机对坝区泄洪闸门进行供电。考虑柴油发电机自启动软件应与坝顶400V配电系统同步运行，实时监测400V两段母线的电压情况，因此可在闸门监控系统的坝顶配电LCU中设置柴油发电机自启动程序，并将其作为坝顶配电监控系统的一个功能子模块独立运行，使其既可在厂用电中断后，自动启动柴油发电机，也可作为执行中转机构将远方控制指令输出给柴油发电机控制器。具体的柴油机改造方案如下：
        3.1柴油发电机自启动策略
        柴油发电机的自启动需考虑坝顶厂用电两段母线是否失压，因此自启动策略的重点在于判定坝顶厂用电的供电状态，同时策略还应兼顾柴油机当前状态、坝顶厂用电两段母线是否存在故障、电气安全闭锁等因素。
        柴油发电机自启动控制策略为：
        （1）在坝顶两段400V母线均失压后，考虑400V坝顶厂用电备自投及10.5kV厂用电备自投延时配合，若两段母线任一一段均未恢复供电，且当前柴油机具备启动条件、400V坝顶厂用电系统无电气故障，则启动柴油发电机；
        （2）柴油发电机启动后，遥分400V I段、II段进线断路器和母联断路器，上述条件完成后，遥合柴油机进线断路器及400V母联断路器。
        （3）柴油发电机的停机应由操作员人为判定当前坝顶厂用电是否恢复且无电气故障，在操作员确认具备停止柴油发电机供电的条件后，遥分柴油机进线断路器，解锁400V I段、II段进线断路器，停止柴油机运行。
        3.2柴油发电机自启动方案
        3.2.1总体控制流程
        （1）监视400V坝顶厂用电两段母线电压；
        （2）当两段母线均失压、进线无压后，进行400V坝顶厂用电备自投动作及10.5kV厂用电备自投动作延时5秒，若两段母线任一一段均未恢复供电，进行柴油机自启动条件判定；
        （3）软件输出柴油机“启动”控制指令；
        （4）待柴油机启动完全，即柴油机GCB合位且机端电压达到400V，遥合柴油机GCB（142断路器）；
        （5）遥分400V坝顶厂用电两段进线断路器和母联断路器，防止电源合环；
        （6）当前400V坝顶厂用电系统无电气故障（I段、II段进线断路器和母联断路器脱扣器动作信号正常），确定400V两段母线无故障，遥合柴油机进线断路器（206断路器）；
        （7）遥合母联断路器（202断路器）
        （8）软件变量清零。
        柴油机停机指令由操作员手动现地下发，为避免合环问题及柴油机重复自启动问题，柴油机停机指令应遵循：
        （1）柴油机进线断路器（206断路器）切换至“现地”；
        （2）现地分柴油机进线断路器；
        （3）现地停机；
        （4）现地分柴油机GCB。
        柴油发电机自启动控制流程如图3.2.1-1所示

        图3.2.1-1 柴油发电机自启动控制流程图（启动流程）
        3.2.2 软件实现方案
        考虑柴油发电机自启动软件应与坝顶400V配电系统同步运行，实时监测400V两段母线的电压情况，因此可在坝顶配电LCU中设置柴油发电机自启动程序，并将其作为坝顶配电监控系统的一个功能子模块独立运行，使其既可在厂用电中断后，自动启动柴油发电机，也可作为执行中转机构将远方控制指令输出给柴油发电机控制器。
        如在坝顶LCU软件上实现以上功能需要实现以下点表功能，详见下表3.2.2-1。
                                                       表3.2.2-1 柴油发电机自启动软件信号列表

        根据桃源电厂现场设计图纸及上面所需点表，此次改造需增加的信号为：柴油机GCB（142）分、合位置；柴油机端口电压；柴油发电机自启动；柴油机GCB（142）遥控，这些信号需从柴油机接线盒及柴油发电机断路器（142）本体重新增加电缆接到坝顶LCU。
        4 总结语
        通过上述对桃源电厂柴油发电机及坝顶400V备自投的技术改造，能实现在紧急情况下柴油发电机快速自启动坝顶400V自动倒闸，保证泄洪闸门动力电源供电可靠性、及时性，提高了泄洪闸的运行的稳定性，为桃源水电站水库的安全运行提供了保障。
        参考文献：
        [1] DL／T 5132一2001 水力发电厂二次接线设计规范
        [2] DL/T 5081-1997 水力发电厂自动化设计技术规范