天生橋一級水電站機組220V直流系統(tǒng)改造

王夢浩

（廣東能源集團天生橋一級水電開發(fā)有限責(zé)任公司水力發(fā)電廠，貴州 興義 562400）

1 工程概述

天生橋一級水電站廠級220 V直流系統(tǒng)接線方式為單母線分段，兩段母線間設(shè)有聯(lián)絡(luò)開關(guān)。正常運行時，兩段母線分段獨立運行，由1臺充電機承擔(dān)經(jīng)常性負(fù)荷，同時向蓄電池補充充電，以補償電池的自放電；每段母線上均裝設(shè)一套微機絕緣監(jiān)測儀，巡檢儀可以采集蓄電池組單節(jié)電池電壓、環(huán)境溫度，并將檢測到的數(shù)據(jù)初步處理后傳至集中監(jiān)控器[1]。機組220 V直流系統(tǒng)采用對頂二極管設(shè)計，有兩路進線電源，分別從廠級220 V 直流系統(tǒng)Ⅰ段和Ⅱ段供給，機組的負(fù)荷通過對頂二極管聯(lián)絡(luò)運行。

2 改造背景

現(xiàn)有屏柜于2009年投運，存在以下問題需要解決：

（1）設(shè)備運行至今已有十余年時間，屏柜內(nèi)電纜和開關(guān)均存在老化現(xiàn)象。

（2）屏柜內(nèi)使用對頂二極管切換供電，不符合南方電網(wǎng)總調(diào)2012 年12 月24 日《電廠直流電源切換問題討論會議紀(jì)要》的要求，需要整改。

（3）屏柜內(nèi)部沒有配備絕緣監(jiān)測裝置，不便于直流接地查找。

（4）饋線開關(guān)分、合信號沒能送至全廠監(jiān)控系統(tǒng)，不便于監(jiān)視開關(guān)狀態(tài)。

為了保證機組220 V直流分配屏供電可靠及解決上述問題，故對其進行技術(shù)改造。

3 改造內(nèi)容

3.1 接線方式更改

機組220 V直流系統(tǒng)新的接線方式采用單母線分段方式，分為兩段，Ⅰ段和Ⅱ段母線電源分別來自220 V直流系統(tǒng)1號饋線柜和2號饋線柜，進線開關(guān)分別為1 ZK 和2 ZK，兩段之間設(shè)置有聯(lián)絡(luò)開關(guān)12 ZK，取消對頂二極管切換供電的接線方式，正常運行時，兩段母線分段獨立運行，每段母線上分布22個饋線開關(guān)，兩段母線的負(fù)荷互不影響[2]。

3.2 增加集中監(jiān)控功能

集中監(jiān)控器裝于廠級220 V 直流充電柜內(nèi)，負(fù)責(zé)對機組220 V直流系統(tǒng)各段母線的饋線進行監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集；接收監(jiān)控中心計算機發(fā)送來的命令及參數(shù)，并將系統(tǒng)運行狀態(tài)及參數(shù)發(fā)送給監(jiān)控中心計算機[3]。集中監(jiān)控器作為直流屏內(nèi)的智能管理單元，負(fù)責(zé)采集各功能單元輸入/輸出數(shù)據(jù)量、狀態(tài)量，并根據(jù)其本身程序控制各單元的運行狀態(tài)，同時將所得直流屏數(shù)據(jù)上傳至后臺（見圖1）。

監(jiān)控系統(tǒng)采用串行總線結(jié)構(gòu)、分散控制集中管理模式，直流系統(tǒng)中各功能單元均為具有CPU的智能化單元，均具有自診斷能力；單元與單元、單元與監(jiān)控器之間全部是數(shù)字通訊且輸入輸出電氣全隔離；任何一單元故障時，不會影響其他單元的正常運行。先進的控制邏輯和通訊校驗算法，可確保在任何干擾環(huán)境下，都不會使系統(tǒng)產(chǎn)生誤動[4]。

圖1 集中監(jiān)控器原理圖

3.3 增加微機絕緣監(jiān)測裝置

絕緣監(jiān)測儀主機檢測正負(fù)直流母線的對地電壓，通過對地電壓計算出正負(fù)母線對地絕緣電阻。當(dāng)絕緣電阻低于設(shè)定的報警值時，自動啟動支路巡檢功能。

母線監(jiān)測采用平衡電橋檢測法[5]，平衡電橋法是在絕緣監(jiān)測儀主機內(nèi)部設(shè)置2 個阻值相同的對地分壓電阻R1、R2，通過它們測得母線對地電壓V1、V2（見圖2）。

圖2 平衡電橋檢測原理圖

4 項目施工及管理

4.1 設(shè)備安裝

機組220 V直流系統(tǒng)改造涉及整個機組段所有的直流電源，涉及面比較廣，風(fēng)險點主要是觸電風(fēng)險，安全措施只需要斷開兩段220 V 直流系統(tǒng)進線開關(guān)和機組逆變電源盤內(nèi)一路220 V 交流進線開關(guān)，就能保證屏內(nèi)完全停電。

因機組220 V直流全部停電，改造施工期間，對于一些特殊負(fù)荷如主變冷卻器控制柜、空調(diào)控制柜僅有交流電供電，為避免控制柜交直流電源全失可能導(dǎo)致PLC 程序丟失的風(fēng)險，主變冷卻器控制柜、空調(diào)控制柜交流電源開關(guān)不得斷開，盡量不做廠用電倒閘操作；對于LCU 現(xiàn)地控制柜、進水口事故閘控制柜、過速限制器及接力器鎖定控制箱、滅磁開關(guān)合閘電源、勵磁調(diào)節(jié)器柜、調(diào)速器電調(diào)柜、調(diào)速器機調(diào)柜、發(fā)電機滅火控制柜、發(fā)變組故障錄波屏、同期裝置柜、滅磁開關(guān)操作電源、調(diào)速器壓油裝置、制動器及推力軸承氣密封控制箱、勵磁電制動柜、機組在線監(jiān)測柜等設(shè)備，對其是否供電不作要求。

根據(jù)《電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路接線施工及驗收規(guī)范》（GB50171-2012）的要求，要對電纜絕緣進行測試，要保護好電纜，使用好備用芯，盡量避免重新敷設(shè)電纜。要確保柜內(nèi)布線美觀，保證直流正負(fù)極接線無誤，多股銅芯軟線需壓線鼻子等基本要求，電纜屏蔽層接地方式符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，電纜標(biāo)牌及線芯號頭應(yīng)清晰明了[6]。

4.2 設(shè)備調(diào)試

廠級220 V 直流系統(tǒng)的1 號饋線柜和1 號充電柜、1號充電柜和2號充電柜、2號充電柜和2號饋線柜之間通過計算機電纜連接，機組220 V直流屏與1號充電柜通過計算機電纜連接，通過RS485通訊將機組220 V直流屏的絕緣情況和饋線開關(guān)的狀態(tài)上傳到220 V直流系統(tǒng)的主機上。

在主機上對4 臺機組的地址進行定義，每臺機組對應(yīng)唯一的一個地址，4 臺直流分屏地址依次設(shè)置為1、2、3、4，使之做到一一對應(yīng)。對應(yīng)地址后即可在主機上正確顯示直流分屏的饋線開關(guān)狀態(tài)。

對于直流屏的絕緣監(jiān)測功能，在機組220 V 直流屏的兩端母線上，分別選取備用開關(guān)，在端子上接一個100 Ω的電阻，模擬直流系統(tǒng)故障信號，通過直流系統(tǒng)兩端母線的絕緣監(jiān)測裝置的巡檢，找出故障點的位置，準(zhǔn)確判斷出正負(fù)極。

5 改造后情況

完成一系列改造后，機組220 V 直流系統(tǒng)的供電更加可靠，相比之前主要體現(xiàn)在以下3個方面：

（1）母線的接線方式優(yōu)化后，兩段母線分段運行，重要負(fù)荷在兩段母線上均有，相比對頂二極管設(shè)計，更加安全可靠，符合南方電網(wǎng)的要求。兩端母線互不干擾，也更有利于查找出接地故障。

（2）機組220 V 兩段母線均安裝了絕緣監(jiān)測裝置，便于查找直流接地故障，一旦發(fā)生接地故障，監(jiān)測裝置可準(zhǔn)確判斷出故障點的位置，實現(xiàn)了“找得快、找的準(zhǔn)”的功能。

（3）在直流饋線狀態(tài)監(jiān)測裝置主機和監(jiān)控系統(tǒng)上可清楚地看到每臺分機的饋線開關(guān)的狀態(tài)，饋線開關(guān)的分合閘狀態(tài)和脫扣狀態(tài)在監(jiān)控系統(tǒng)上可準(zhǔn)確地看到，方便了運行人員對設(shè)備的監(jiān)視[7]。

6 總結(jié)

天生橋一級水電站機組220 V直流分配屏改造后運行正常，可靠性大大提高，各項功能均滿足了當(dāng)前的使用要求，結(jié)構(gòu)更加簡單，裝置故障率有了明顯下降。新的直流裝置還能幫助運行人員在故障時迅速判斷故障點，及時處理異常情況，也大大提高了整個220 V直流系統(tǒng)的供電可靠性和負(fù)荷設(shè)備正常運行的可靠性，解決了以往直流接地故障“找不到、找不準(zhǔn)”的難題，也為其它水電站的直流系統(tǒng)改造提供一定的借鑒作用。