浅析紫坪铺水电厂直流系统改造

伍 凤， 黄熠森

(四川省紫坪铺开发有限责任公司，四川成都 610091)

紫坪铺工程位于四川省都江堰市麻溪乡境内的岷江上游，距成都市约60 km，是以农业灌溉和城市供水为主，兼有发电、防洪、环境保护、旅游等综合效益的重要控制性水源工程。电厂总装机容量760 MW，保证出力168 MW，年发电量为34.17亿kW·h，年平均利用小时为4 496 h，以一回500 kV出线接入成都环网。电厂承担四川电网调峰、调频、事故备用等任务，是川西电网比较经济的调峰调频电源。因此，对其直流电源供电方式的正确选择，直接关系到供电的可靠性和安全性。如何保证直流母线和直流负荷在不失电的情况下进行直流系统供电改造，是紫坪铺电厂直流系统供电方式技术改造工作中的一大难点。

1 直流系统供电方式及其改造意义

1.1 供电方式

紫坪铺电厂直流系统于2005年11月投入运行，电厂最高电压等级为500 kV。直流电源系统分为两段，每段由不同的蓄电池组(220 V/1 000 Ah)进行供电。正常运行时，两段直流系统分段运行，当直流系统检修或故障时，两段母线联络运行工作。目前现场直流馈线配电网络采用环状供电方式(图1)，虽然这种供电方式所用电缆数量较少，但环路中的开关断开点不明显，容易造成两组蓄电池环状运行且开关编号繁琐，从而使操作复杂，寻找接地故障较困难。为此，特提出将现有直流馈线配电网络由环状供电方式改造成为辐射状供电方式。

1.2 改造的意义

图1 改造前机组直流环状供电图

紫坪铺电厂直流系统原有的供电方式虽然所用的电缆数量少，在一定程度上节约了成本，但是从运行效果看，其降低了供电的可靠性，增大了处理故障的难度。因此，按照《电力工程电气设计手册》(电气二次部分)中“操作电源系统”一章和《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》(继电保护专业重点实施要求的通知)的要求:新、扩建或改造的变电站直流系统的馈出线网络应采用辐射状供电方式，不应采用环状供电方式。在用设备如采用环状供电方式的，应尽快改造成辐射状供电方式。根据上述要求和紫坪铺电厂直流系统实际运行情况，电厂决定将现有的环状供电方式改造为辐射状供电方式，改造后的供电方式将大大提高直流系统运行的可靠性。

2 改造方案的实施

考虑到紫坪铺电厂现有直流系统供电方式的复杂性，在改造过程中务必做到确保继电保护装置及二次控制设备直流电源不中断;确保改造过程中改造设备和未改造设备直流供电的可靠性和设备的安全性;确保未改造设备所在直流环状网络的供电开关的开断正确性。

此次直流系统供电方式的改造主要分为以下几个步骤进行:

(1)直流馈线配电网络由环状供电方式改造为辐射状供电方式，需要增加六面直流电源分屏柜:保护室一面、电气廊道公用设备一面、1～4#机组单元各一面。

直流电源分屏柜的技术要求为:

①直流电源分屏柜的外形尺寸:2 260 mm×800 mm×600 mm，柜的前后应开门，前门为带锁的单开玻璃门，柜的底部有可封闭的电缆孔，屏内设有接地铜排。装置的机械机构应能防尘、虫及小动物、机械震动、潮湿及有害气体的影响，装置内接元件部分不应产生接触不良现象。

②屏(柜)内端子排布置在屏两侧，端子排位置应便于接线，要求设置塑料走线槽。

③屏(柜)面布置应均匀、整齐和对称，便于操作、监视、维护和检修。

④直流电源分屏柜内的母线布置采用两段母线接线方式。

⑤所有直流电源分屏柜内应配置专用的直流空开，在满足选择性的前提下应选用同一厂家系列产品，上、下级空开配置应保证2～4级差(紫坪铺电厂选用的是由西门子生产的低压直流专用断路器)。

⑥各直流电源分屏柜应根据所接负荷具体的情况配置不同容量、不同安全等级的合格开关。

⑦对于所有直流分屏柜，在其接线端子配置时，50 A开关回路最大能接入10 mm2的导线;20 A和10 A开关回路最大能接入4 mm2的导线。

(2)各屏柜安装到位后，先将相应负荷屏柜的电缆敷设到位，对新敷设的电缆应进行对线、摇绝缘、走线等相关准备工作，同时，在对运行设备进行电缆敷设时，一定要在确保安全的基础上，使设备尽可能短的时间停电。

(3)保护室直流电源分屏柜所带负荷直流供电回路的改造随线路年检进行;1～4#机组直流电源分屏柜所带负荷直流供电回路的改造随机组检修进行;电气廊道公用设备直流电源分屏柜所带负荷直流供电回路的改造随公用设备检修进行。

(4)在对单一设备进行直流供电电源改造时，必须先对原环状供电回路进行详细勘察、了解，避免出现改动本回路接线时导致环路中的其它设备因解环而失电。

(5)随检修进行改造的供电回路在改造后应进行详细的试验工作。对于新增直流分屏柜，应由220 V/1 000 Ah直流系统Ⅰ段和Ⅱ段分别对其进行供电，观察直流分屏柜内两段母线独立运行的情况，如运行正常，则模拟直流分屏柜内任一母线故障时设备的联络运行情况。同时，应模拟任一直流回路故障时直流分屏柜上绝缘监测仪的报警情况。

(6)对直流供电方式改造后的设备进行恢复供电时，应先合直流分屏柜内的直流开关，再合运行设备的直流开关，观察设备是否正确运行。在保证设备运行正常的情况下，再恢复设备的交流供电。

(7)在对某一直流环网内的设备直流供电方式均改造完毕后，应对该直流环网进行解环工作。在解环过程中，应特别注意的是:需在保证该环网接线无电压的情况下，方能解除环网接线和环网开关并不得影响设备的安全运行。

(8)对全厂设备直流负荷供电回路全部进行改造完成后，才能将原环状供电方式所加的环路开关和接线退出，且必须退出。

3 改造后运行情况分析

紫坪铺电厂目前已将4台机组直流负荷回路、公用系统直流负荷回路、线路保护室直流回路全部改造完毕。改造后的直流负荷供电情况见图2。

3.1 运行可靠性

直流操作电源作为水电厂的核心，需要不间断的为二次设备、事故照明、断路器分合闸线圈等提供电源。直流供电网由环状改造为辐射状后，虽然大大增加了屏柜及电缆数量，但满足了反措要求，提高了设备运行供电的可靠性。采用辐射状供电时的电缆敷设距离短(电缆仅需从馈线屏辐射到各机组、系统的分电屏，从分电屏辐射到各设备装置)，易满足馈线网络的多级级差配合。在辐射状供电方式下，如果一条出线保护的电源开关越级跳闸，不会使上一级保护由于失去电源而不能动作，从而造成事故扩大，这在一定程度上弥补了环状供电方式的级差配合缺陷，大大提高了水电厂设备运行的可靠性。自改造完成后，直流系统已安全运行近两年，未发生一起因设备原因引起的供电中断事故，设备运行成功率达到了100%。

图2 改造后机组直流辐射状供电图

3.2 运行安全性

直流供电网采用辐射状供电方式后，直流系统供控制、信号、继电保护、断路器操作、事故照明、直流常明灯等的用电均采用主、分屏二级供电方式。直流主屏至直流分屏以双回路馈线供电，各设备所需要的控制、保护、跳闸等电源均由直流主屏下设直流分屏单独回路供电。当任一回路直流馈线短路时，直流分屏绝缘报警装置和直流主屏绝缘报警装置均能准确报出故障支路，自动将故障设备与系统断开，不影响非故障设备的正常运行。相比环状供电方式而言，这在很大程度上降低了查找故障点的难度，节约了检修人员查找故障的时间，提高了故障处理速度，减少直流短路、设备直流电源中断事故90%以上，直流供电缺陷消缺率达到100%，极大地保障了设备运行的安全性。

经过近两年时间的运行发现，辐射状直流系统供电方式提高了设备运行的可靠性和安全性，最大限度地减少了单回直流馈线短路时对电厂其它直流负荷的影响，降低了消除和隔离故障的难度。

4 结语

实践证明，紫坪铺水力发电厂直流系统供电方式改造过程中没有发生控制、保护信号的直流电源中断，没有发生短路或接地，经改造后的所有电力设备运行正常，辐射状直流供电方式的优点在紫坪铺水力发电厂的实际生产中也得了很好的体现，充分保证了系统安全、稳定运行，提高了供电可靠性，达到了预期的效果。