水电厂厂用电运行方式与保厂用电措施

　　引言

　　水电厂厂用电是指水电厂的生产、辅助和公用设备及照明所使用的电源。如果厂用电系统供电可靠性差，一旦发生全厂交流系统失电，则可能导致发电机组与电网解列。如果厂房动力设备失电处理不及时或不正确，也有可能造成事故扩大，导致发电机组主、辅设备损坏或全厂停电。

　　某水电厂 2012 年底开始对 3 号机组进行大型技术改造，工程涉及定子铁芯和线圈更换、转子磁极线圈更换以及水轮机过流部件顶盖、底环、活动导叶及其附件改造等。如何确保机组改造过程中厂用电运行的可靠性，尤其是在关键环节中的运行安全，显得尤为重要。

　　1 厂用电运行方式及风险分析

　　该水电厂厂用电 400V 低压母线采用单母分段接线方式，设有 2 台 10kV 厂变，电源取自机组与主变低压侧之间；另外，坝上设 1 台坝变作为备用电源，坝顶还安装 1 台柴油发电机 （131kW） 作为事故保安电源。正常运行方式由 1 号厂变带 400V厂母Ⅰ，Ⅱ段通过 00 开关联络运行供全厂厂用电。

　　该电厂电气主接线如图 1 所示。16厂用电系统装设有备用电源自动投切装置，采用 PLC 控制。当工作电源因故失电时，备用电源自动投入，使供电恢复。正常情况下，备自投装置投入运行。

　　造成厂用电供电中断的主要原因有：（1）电网原因引起的全厂厂用电消失；（2）厂用电所供线路或负载故障引起的厂用电中断；（3）厂变本身或发变组故障引起的厂用电中断；（4）厂用母线故障引起的厂用电中断等。

　　厂用电部分或全部中断，可能导致发电机组与电网解列，处理不及时或不正确有可能造成事故扩大。其主要危害表现在：（1）交流电源失去后，若直流系统不能正常投运，将导致水轮机组微机调速器失控或紊乱，造成机组过速飞车；（2）交流电源失去后，造成厂内辅助动力设备失电，引发公共电气系统、压力油系统、厂房排水系统无法正常工作，严重威胁机组运行安全，甚至引发水淹厂房事故；（3）交流电源失去后，直流设备负荷的增加将造成蓄电池放电速度加快，若电量储备不足将造成机组不能安全停运。

　　2 保厂用电措施

　　2.1 起吊发电机转子时

　　水电厂发电机转子起吊是 3 号机组技改中的一项重大起重作业，为确保起吊过程中的人身和设备安全，厂用电供电的安全和可靠性尤为重要。现场主要从 3 个方面做好应对措施。

　　（1）停止检修现场临时电源的使用，将厂用电大负载，如深井泵、压油泵、空压机电动机电源切除，以免大负载同时启动造成厂用电过载或电压不稳定。厂母室内准备拉手、绝缘手套、闸刀操作把手、柜门钥匙、万用表以及 3 只 400A 容量的保险，防止起吊转子时行车电源保险熔断。

　　（2）做好行车电源保险熔断的应急处置措施，厂母室内安排专人监视。如发生保险熔断立即通知现场负责人停止工作，断开负载电源闸刀更换保险。对异常熔断应迅速组织人力查明原因，排除故障后方可继续工作。

　　（3）针对当前电站运行方式，做好厂用电中断的事故处理预案和恢复厂用电预案。例如发生联络线跳闸引起的全厂失电，应立即进行机组黑启动带厂用电，或开启坝上柴油发电机带厂用电等措施。2012-12-08,在采取上述措施下，该厂 3 号发电机转子起吊工作顺利完成。

　　2.2 发电机定子铁损试验时

　　完成 3 号发电机定子铁芯硅钢片叠装后，为检查硅钢片制造和叠装质量是否合格、片间绝缘是否有缺陷、压紧螺杆是否压紧、铁芯单位损耗是否满足合同保证值等，必须进行发电机定子铁心磁化试验。试验需要通过外加励磁绕组通流方式，在铁心内部产生接近饱和状态的交变磁通。经过计算，试验电流最大为 464A;因此决定试验电源采用 2 号厂变单独供电方式，通过 2 号厂变低压侧 02 开关下口接动力电缆，施放于 3 号机旁动力屏空开处。

　　为确保定子铁损试验过程中厂用电和设备安全，要求参与试验运行人员熟知操作过程和试验接线方式，针对试验中可能出现的风险做好预案。全厂厂用电由 1 号厂变供厂母联络运行，2 号厂变通过低压侧 02 开关下口的刀闸与厂用电系统隔离，为确保厂用电安全，试验过程中厂用电自动切换压板和 2 号厂变跳 00 开关压板均退出 （防止 2 号厂变作为试验电源过程中发生跳闸，影响厂用电正常供电），试验结束后恢复。试验过程中，由现场试验负责人统一指挥，运行人员在控制室、厂母室就位，试验负责人与厂母室监视人员用对讲机保持联络。3 号机旁动力屏配置额定电流为 600A 的空开，由试验人员负责监视。若试验过程中出现异常情况，厂母室监视人员根据现场试验负责人要求及时手动断开 2 号厂变 02 开关；中控室运行人员监视 2 号厂变电流变化情况，若出现异常情况 02 开关未及时断开时，应及时将 3 号主变高压侧 483 开关手动分闸。2013-03-26,该厂 3 号发电机定子铁损试验圆满完成。

　　2.3 发电机定子线棒并头套焊接时

　　在该厂 3 号机定子线棒更换后的并头套焊接阶段，现场 2 台大功率钎焊机需同时工作。焊机电源均来自 1 号厂变供电 （二次侧额定电流 909A） 的厂用电Ⅱ段母线 2 号屏，每台焊机工作电流接近400A.较大的工作电流将会造成单台厂变短时过负荷运行，为保证设备安全及厂用电可靠运行，需对现场实际负荷情况进行计算分析。

　　厂房内厂用电经常性负载 （主要为照明、设备供电） 约为 70A.其他辅助设备 （如电动机） 是间断式工作方式，根据设定定值方式启动。厂房内较大的负载主要有排水泵、压油泵、高低空压机，这些辅助设备一般不会同时启动。其中深井排水泵电机额定电流 114A,高压空压机电机额定电流55A,低压空压机电机额定电流 69A,机组压油泵电机额定电流 56A.如果按厂用负载极端运行情况，即出现 1 台水泵、1 台高压机、1 台低压机、1 台油泵同时启动运行，2 台焊机同时工作以及厂房常规负载，电流共计约 1164A（114A+55A+69A+56A+400×2A+70A），将会超过厂变额定电流。

　　实际上，所有大负载同时启动运行的几率较小，另外也可人为干预，尽量避免大功率负载同时启动。

　　所以正常情况下，厂用电可以满足 2 台焊机施工需要，不会造成因厂用电负荷过大造成过流保护动作而使厂用电中断的情况发生，但可能造成厂变短时间超额定电流运行。为确保焊机施工期间厂用电安全，制定如下事故处理预案和保厂用电措施。

　　（1）正常情况下，由 1 号厂变供厂用电联络运行，03 开关热备用作为厂用电备用电源，3 号主变、2 号厂变热备用，3 号主变具备单运供厂用电的条件。

　　（2）若运行中 1 号厂变Ⅱ段或Ⅲ段保护动作跳开 00 开关，厂用电Ⅱ段母线失压，而未影响厂母Ⅰ段运行时，则检查保护动作情况及厂用Ⅰ段母线负载运行情况，通知施工人员停止焊机施工，断开2 台焊机电源。检查Ⅱ段母线无异常后，合上 00开关恢复Ⅱ段母线运行。

　　（3） 若运行中 1 号厂变Ⅱ段或Ⅲ段动作 00 开关拒跳，厂变高压侧 2 开关跳闸，03 开关备自投自动合上，因坝变带负荷能力比较薄弱，则通知焊接人员停止工作，手动断开 00 开关尽快将 3 号主变投单运带 2 号厂变供厂用电Ⅱ段运行。

　　（4）若运行中 1 号厂变本体或高压侧出现故障，2 开关跳闸，03 开关备自投自动合上恢复厂用电供电，因坝变带负荷能力比较薄弱，则通知焊接人员停止工作，尽快将 3 号主变投单运带 2 号厂变供厂用电Ⅱ段，03 开关供Ⅰ段或 2 号厂变供厂用电联络运行。

　　（5）正常情况下，将机组重要负载如机旁动力屏倒至厂用电Ⅰ段母线供电。运行值班人员每班对厂变低压侧至厂母室 2 号屏电缆及至空压机室电缆测温 2 次，发现温度异常升高及电缆运行异常时，应及时汇报。

　　（6）运行值班人员注意监视大功率电机的启动和运行情况，注意观察厂用电压的波动。若 2 台焊机同时工作时造成 1 号厂变运行不稳定或危及设备安全，可将 3 号主变投单运带 2 号厂变供厂用电Ⅱ段，将另一台焊机倒至厂用电Ⅰ段运行。

　　2013-03-26,该厂 3 号发电机定子改造焊接工作全部完工。在此期间，3 月 7 日曾发生过 1 次因焊机绝缘损坏造成 00 开关跳闸，厂用电Ⅱ段母线失电故障。因处理得当，应对正确，及时恢复了厂用电的运行，确保了厂用电供电可靠性。

　　2.4 特殊运行方式下

　　在 3 号机技改工作期间，该厂同时进行了220kV 陈朱线及 1 号主变所属一次设备预试、保护年检工作。由于 1 号发电机失去备用条件，全厂由 110kV 陈琴线备用电源倒送电，厂用电由坝变提供，运行方式极为薄弱。存在的主要问题是：

　　（1）110kV 母线处于供电线路末端，110kV母线电压较低，供电可靠性差；（2）一旦陈琴线 493 开关跳闸，将造成全厂失去备用电源；（3） 全厂厂用电由坝变供电运行，坝变电源10kV 线路供电可靠性差，容易发生全厂厂用电中断事故；（4）若 1 号主变 10.5kV 母线、1 号厂变检修，则 1 号发电机失去黑启动条件。

　　针对此种特殊运行方式，该厂制定了周密的保厂用电措施和应急预案。

　　（1）当发生坝变失压全厂厂用电中断时，迅速投入 3 号主变，由 3 号主变单运带厂用电运行。

　　（2）陈琴线备用电源失压及坝变同时失压全厂厂用电中断时，立即用 2 号发电机黑启动，通过110kV 母线经 3 号主变带 2 号厂变运行以恢复厂用电。

　　（3）极端情况下，若 2 号机不具备黑启动条件，则开启坝上柴油发电机带厂用电运行。为确保故障时恢复厂用电时间尽可能缩短，预先将 2 号机黑启动、开启坝上柴油发电机带厂用电运行的主要步骤和风险点列出并打印放置在现场，要求运行人员学习掌握。提前将 2 号主变中性点接地刀闸合上，减少故障处理操作时间。

　　此外，还与相关地区调度沟通，说明该厂运行方式薄弱，做好从地区线路倒送电可能性的协调工作。加强对 2 号发电机主辅设备的巡视检查工作，确保 2 号发电机具备黑启动条件。由于措施得力、准备充分，该厂特殊运行方式下的保厂用电工作也取得了圆满成功。

　　3 结束语

　　该厂厂用电系统多年运行实践表明，厂用电供电可靠性高，备自投逻辑设计合理，动作正确。在此次 3 号机大型技改中，圆满地完成了针对关键环节的保电任务，确保了施工进度和厂内设备用电需求。另该厂 3 台机组均具备全厂失电情况下的机组自身黑启动条件，2012-01-05,该厂 3 台机组成功列入安徽电网黑启动主要电源点，这也为全厂失电后厂用电的快速恢复提供了有力保障。但坝上柴油发电机作为全厂的事故保安电源，容量较小，带负载能力偏弱，供厂用电路径较长，可靠性不高，这是以后的设备技改中需要考虑的问题。