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丹江口大坝18坝段变电所变配电系统运行研讨
作者:王辉    文章来源:起运分场    点击数:2736    更新时间:2010-1-27

丹江口大坝18坝段变电所变配电系统运行研讨

王 辉

(丹江口水力发电厂,湖北丹江口 442700

摘 要:本文研讨了丹江口大坝变电所变配电系统的构成、作用及运行方式。重点论述了系统的概况、工作原理、结构组成和运行方式,并简介了部分新装置的工作原理。

关键字:变电所 高低压开关柜 二次设备

 

0 概述

丹江口大坝18坝段变电所位于丹江口大坝18坝段下游面,是丹江口大坝加高工程的配套设施,主要担负丹江口大坝防汛主设备(门机、深孔启闭机)和廊道抽水及坝面、廊道照明等设备的高低压送配电任务。

变电所主要电气设备由正泰公司设计、制造和调试,葛州坝集团负责安装,2009226日移交使用。

18坝段变电气电气设备主要由6kV开关柜、0.4kV开关柜、直流柜、变压器及电缆/电线组成。

1 6kV开关柜

1 6kV开关柜的构成、作用及主要装置

编号

名称

作用

主要保护和测控设备

真空

断路器

接地

刀闸

备注

G1

测量保护柜

6kVⅠ段测量保护

三相五柱式电压互感器

数字式保护和测控装置

消谐装置

 

 

 

G2

44坝段变电所柜

通过44坝段变电所引入604线路向6kVⅠ段供电

数字式保护和测控装置

数字式电流差动保护装置

 

604线路进线柜

G3

厂内6kVⅠ段柜

627线路投入6kVⅠ段

数字式保护和测控装置

 

 

627线路进线柜

G4

所用1#变压器柜

向本所627变压器供电

数字式保护和测控装置

 

 

G5

大坝1#门机供电箱柜

向大坝1#门机高压开关柜供电

数字式保护和测控装置

 

 

G6

联络(母联)柜

6kVⅠ段与6kVⅡ段母线联络

数字式保护和测控装置

微机备用电源自投装置

 

G7

测量保护柜

6kVⅡ段测量保护

三相五柱式电压互感器

小电流接地选线综合装置 消谐装置

 

 

G8

自备电厂柜

将自备电厂电源投入6kVⅡ段

数字式保护和测控装置

 

 

自备电厂线路进线柜

G9

厂内6kVⅡ段柜

628线路投入6kVⅡ段

数字式保护和测控装置

 

 

628线路进线柜

G10

所用2#变压器柜

向本所628变压器供电

数字式保护和测控装置

 

 

G11

大坝2#门机供电箱柜

向大坝2#门机高压开关柜供电

数字式保护和测控装置

 

 

G12

大坝门机备用电源柜

门机高压开关柜供电备用

数字式保护和测控装置

 

 

G13

备用柜

备用

数字式保护和测控装置

 

 

1.1 18坝段变电所电源进线及主接线方式

1.1.1 电源进线

18坝段变电所共有4回电源进线。厂内627线路、628线路为主供电源,自备电厂电源为备用电源1604线路电源为备用电源2

1.1.2 主接线方式

6kV供电系统为单母线分段接线,6kV开关柜母线分为6kVⅠ段和6kVⅡ段,两段之间安装有联络开关柜(G6柜)。

1.1.2.1 母线分段运行

6kV系统正常运行时为母线分段运行,627线路向6kVⅠ段供电,628线路向6kVⅡ段供电。任一回电源失电时切除该电源,闭合母联开关。恢复正常时,切除母联开关。

1.1.2.2 使用1回电源向6kVⅠ段和6kVⅡ段供电

6kV系统正常运行时,627线路向6kVⅠ段供电,628线路向6kVⅡ段供电。任一回电源失电时切除该电源,闭合母联开关两段母线使用同1回电源。该主供电源未恢复正常另1回主供电源又失电,送自备电厂电源(备用电源16kVⅠ段和6kVⅡ段供电。自备电厂电源又失电,送604线路电源(备用电源26kVⅠ段和6kVⅡ段供电

1.2 使用备自投装置(BZT)操作

1.1.2.11.1.2.2所列运行方式,既可采用手动操作,也可采用备自投方式操作。备用电源自动投入装置设置3种工作模式。

①全自动模式: 当任1主供电源进线回路失压,经延时跳开该进线开关后,发自投指令合分段开关;当该主供电源进线回路电压恢复正常后,自动启动返回程序,断开分段开关、合该供电源线进线开关。当该主供电源进线回路电压还没恢复正常而另1回主供电源进线回路又失压,经延时跳开另1回主供电源进线开关后,合自备电厂电源(备用电源1)进线开关。当任1主供电源进线回路电压恢复正常后,自动启动返回程序,断开备用电源1开关、合该主供电源进线开关;若主供电源进线回路电压均未恢复,自备电厂电源线进线回路又失压,但联络线(备用电源2)在44坝段变电所侧的母线段有电压,则经延时跳开自备电厂电源进线开关,再分别合联络线(备用电源2)两侧的联络线开关。当任1主供电源进线回路电压恢复正常后,自动启动返回程序,断开备用电源2两侧的开关、合该主供电源进线开关。

②半自动模式:当任1主供电源进线回路失压,经延时跳开该进线开关后,发自投指令合分段开关;当该主供电源进线回路电压还没恢复正常而另1回主供电源进线回路又失压,经延时跳开另1回主供电源进线开关后,合自备电厂电源(备用电源1)进线开关。若自备电厂电源进线回路也失压,而联络线(备用电源2)在44坝段变电所侧的母线段有电压,则经廷时跳开自备电厂电源进线开关,再分别合联络线(备用电源2)两侧的联络线开关。当主供电源进线回路电压恢复正常后,由操作人员进行手动操作返回正常运行方式。

③退出模式:备自投退出。

1.3 18坝段变电所二次设备

18坝段变电所6kV系统二次设备包括:保护和测控设备、小电流接地选线装置、消谐装置、备用电源自动投入装置。

1.3.1 保护和测控设备

6kV进线(627线路、628线路、自备电厂线路)的保护和测控

每回6kV进线配置一套数字式进线保护与测控装置。一方面它能采集本回路的电压、电流、有/无功功率、电度等信号,通过其数字通信接口及I/O接口方式与远方监控系统通信,交换信息;另一方面接受远方监控系统的命令,完成断路器的合/跳闸操作。同时具有的保护功能包括电流速断保护、过电源保护、过负荷保护。

6kV联络线(604线路)的保护与测控(备用电源2

6kV联络线是由大约700米远的44#坝段变电所引入并作为本变电所的备用电源26kV联络线在18#坝段变电所和44#坝段变电所两侧分别设有开关。

18#坝段变电所的6kV联络线开关柜配置一套数字式光纤电流差动保护装置以及与44#坝段变电所的6kV联络线开关柜的数字式光纤电流差动保护装置连接的光缆。

6kV联络线开关柜另配一套数字式进线保护与测控装置,一方面它能采集本回路的电压、电流、有/无功功率等信号,通过其数字通信接口及I/O接口方式与计算机监控系统通信,交换信息;另一方面接受计算机监控系统的命令,完成断路器的合/跳闸操作。同时还具有保护功能:方向电流速断保护(方向指向母线)、过流及过负荷、充电保护。

6kV出线(G4G5G6G10G11G12G13柜)的保护与测控

每回6kV出线开关柜配一套数字式出线保护与测控装置。一方面它能采集本回路的电压、电流、有/无功功率、电度等信号,通过其数字通信接口及I/O接口方式与计算机监控系统通信,交换信息;另一方面接受计算机监控系统的命令,完成断路器的合/跳闸操作。同时具有下述保护和测控功能:

·电流速断保护及过电流保护;

·过负荷保护,带延时发出信号;

·变压器温升保护,带延时跳闸(其中G4G10柜有);

·遥测:线路2相电流、有功电度。

·遥信:现地/远方位置、断路器位置、小车开关位置、断路器弹簧未储能、断路器操作回路电源消失、保护动作信号、保护装置故障、保护装置电源消失、跳合闸回路故障;

·遥控:断路器分闸、断路器合闸。

6kV母联(G6柜)的保护与测控

6kV母联开关柜内配一套数字式保护与测控装置。一方面它能采集本回路的电压、电流、有/无功功率等信号,通过其数字通信接口及I/O接口方式与计算机监控系统通信,交换信息;另一方面接受计算机监控系统的命令,完成断路器的合/跳闸操作。同时还具有保护功能。母联保护包括:电流速断、过流及过负荷、充电保护。

6kV母线的保护与测控

每段6kV母线配置母线保护,具体功能如下:

6kV母线接地保护,保护采集母线PT开口三角形电压,反应母线一点接地故障,延时动作于发信号。(装于6kVⅠ段和6kvⅡ段PT柜内)

在每段PT柜上具有带切换开关的电压表能测量三相电压及1个线电压。

1.3.2 小电流接地选线装置

G7柜配置一套TLX99微机消谐小电流接地选线综合装置,当系统发生单相接地故障时,装置能自动判别接地线路,显示接地回路号。

1.3.3 消谐装置

G7柜配置一套KSX196HA微机型消谐装置

6kV消谐装置具有消除系统所发生的各种频率铁磁谐振的功能,能区分铁磁谐振、过电压和单相接地,自动记录和显示铁磁谐振发生的时间及相关参数(谐振频率和幅值),并具有故障信息追忆功能(不少于5次)。消谐装置具备数字通信接口,能与计算机监控系统通信。

测量信号包括:消谐装置动作信号、消谐装置故障信号、消谐装置电源的消失信号等。

1.3.4 备用电源自动投入装置

G6柜配置一套DMP-300微机备用电源自投装置,用于完成6kV系统备用电源的自投自复或自投不自复操作。

 

2 变压器及0.4kV开关柜

2.1 变压器

18坝段变电所安装两台干式变压器(627变压器、628变压器)。变压器型号SCB10800/6,额定容量800kVA。

2.2 0.4kV系统主接线及运行

0.4kV系统为单母线分段接线,2回进线。0.4kVⅠ段和0.4kVⅡ段之间装有联络断路器。正常运行时627变压器向0.4kVⅠ段供电,628变压器向0.4kVⅡ段供电。手动操作时也可只使用一台变压器向0.4kV一段供电,再通过联络断路器向另一段供电。

2.3 0.4kV备用电源自动投入

0.4kV开关柜D4柜(联络柜)内安装一套西门子PLC备用电源自动投入装置,用于0.4kV备用电源的自投自复或自投不自复操作。

0.4kV开关柜备用电源自动投入装置设置3种工作模式:

①自投自复模式:

a、两路电源和进线断路器都正常时,二进线断路器合闸,母联不合,二段正常供电。

b、当一路电源或进线断路器不正常,跳开不正常电源或进线断路器,母联断路器合闸,当进线恢复供电时,PLC自动控制联络断路器跳闸,进线断路器合闸,恢复两段供电。

②自投不自复(手复)模式:

a、两路电源和进线断路器都正常时,二进线断路器合闸,母联不合,二段正常供电。

b、当一路电源或进线断路器不正常,跳开不正常电源或进线断路器,母联断路器自动合闸,当进线恢复供电时,联络断路器不跳闸,保持一段供电,需要手动恢复。

③退出模式:备自投退出。

 

2 0.4kV开关柜的构成、作用及主要装置

编号

名称

作用

开关装置

主要测量保护装置

D1

0.4kV进线断路器柜

627变压器低压侧电源投入到0.4kVⅠ段

正泰NA1-2000智能型万能式断路器

测量:电压表、电流表

保护:断路器自带

D2

 

0.4kV配电柜,向深孔启闭机、廊道抽水及坝面、廊道照明供电

正泰NM1-225H/3320塑料外壳式断路器

测量:电流表

保护:断路器自带

D3

 

D2

D2

D2

D4

0.4kV联络柜

连接0.4kVⅠ段与0.4kVⅡ段

正泰NA1-2000智能型万能式断路器

测量:电压表、电流表

保护:断路器自带

D5

 

D2

D2

D2

D6

 

D2

D2

D2

D7

0.4kV进线断路器柜

628变压器低压侧电源投入到0.4kVⅡ段

正泰NA1-2000智能型万能式断路器

测量:电压表、电流表

保护:断路器自带

 

3 直流柜

变电所直流柜共3个,分别为直流充电柜,直流馈电柜和蓄电池柜,直流充电柜内的整流模块,将引入的交流电源整流为直流电源,一方面向高压柜、低压柜提供操作电源和监视、保护回路电源,同时对蓄电池进行充电。当高压柜或低压柜停电失去电源时,蓄电池组向高压柜或低压柜提供操作电源和监视保护回路电源,支持6kV系统备自投装置进行6kV备用电源的自投自复或自投不自复操作,及支持0.4kV系统备自投装置进行0.4kV备用电源的自投自复或自投不自复操作。

 

附录  

18坝段变电所部分新装置、新技术的工作原理

 

1 数字式保护与测控装置

6kV开关柜测控和保护采用正泰NZB61系列微机保护测控装置,共安装12套。

NZB61是一款带一个中型可编程逻辑控制器(PLC)的微机保护产品,能够按照用户需要的方程式,实现复杂的逻辑运算和闭锁,完成不同的控制保护方案,满足不同的接线方式,能同时预置四组独立的保护定值。NZB61中集成了一个电力参数仪表,保护CT和测量CT完全分开,并分配了一个专门的CPU用于对电力参数的处理,包括三相电流量、三相电压量、频率、功率因数、功率、电度等各种参数的计算和统计。NZB6提供RS422/485通信接口,可实现遥测、遥信、遥控、保护定值设定及查询、装置工作状态、SOE事件记录、录波数据等传输功能。

NZB61为通用平台,可按照用户需要的方程式,完成不同的控制保护方案,满足不同的接线方式。在本系统中用于进线保护和测控(G2G3G8G9柜)、出线保护和测控(G4G5G10G11G12G13,其中G4G10带变压器温升保护)、母联保护和测控(G6柜)及母线保护和测控(装于G1,采集G1G7PT开口三角电压,反应母线一点接地故障)。各柜安装的NZB61具体保护功能见1.3.1

2 数字式电流差动保护装置

6kV开关柜G2柜为44坝段变电所柜(604线路联络柜),通过联络线将44坝段变电所604线路引入18坝段变电所,除配置一套NZB61系列微机保护测控装置外,另配置一套NZB6312数字式光纤电流差动保护装置,与联络线另一端44坝段变电所配置的同一型号装置通过光纤连接,进行母线电流差动保护。

微机型母线差动保护由能够反映单相故障和相间故障的分相式比率差动元件构成。双母线接线差动回路包括母线大差回路和各段母线小差回路。大差是除母联开关和分段开关外所有支路电流所构成的差回路,某段母线的小差指该段所连接的包括母联和分段断路器的所有支路电流构成的差动回路。大差用于判别母线区内和区外故障,小差用于故障母线的选择。                                              

微机母线差动保护引入大差的概念作为故障判据,反映出系统中母线节点和电流状态,用以判断是否真正发生母线故障,较传统比率制动式母差保护更可靠,可以最大限度地减少刀闸辅助接点位置不对应而造成的母差保护误动作。

3 小电流接地选线装置

6kV开关柜G7柜配置一套TLX99微机消谐小电流接地选线装置。

中性点不接地或经消弧线圈接地的系统,发生单相接地故障时,由于不构成短路回路,接地短路电流比负荷电流小很多,称为小电流接地系统。

小电流接地选线装置首先通过测量母线的零序电压判断哪段母线接地,然后通过各条线路的零序电流与零序电压比较,根据零序电流落后零序电压90°,确定接地线路。具有跳闸、报警、编码三种输出方式。

本装置同时具有绝缘监察报警和消谐功能。

4 消谐装置

6kV开关柜G7柜配置一套KSX196HA微机型消谐装置

铁磁谐振是电力系统自激振荡的一种形式,是由于变压器、电压互感器等铁磁电感的饱和作用引起的持续性、高幅值振荡过电压。它是导致高压熔丝熔断、电磁式电压互感器烧毁爆炸的重要原因

现象:三相电压不平衡,一相或两相电压升高超过线电压。

微机消谐是采用单片机作为核心元件,对PT开口三角电压(即零序电压)进行循环检测。正常情况下,该电压小于30V,装置内的大功率消谐元件(可控硅)处于阻断状态。当PT开口三角电压大于30V时,为故障状态,装置判断出故障状态。如果出现某种频率的铁磁谐振(一般在17Hz150 Hz之间),CPU启动消谐电路(使可控硅导通),让铁磁谐振在强大的阻尼作用下迅速消失。如果是过电压或单相接地,装置分别给出显示和报警,并自动记录。最后,CPU返回起始状态,并继续检测开口三角电压。

5 过电压吸收器

G1.G7测控柜外,其它6kv开关柜均装有一套过电压吸收器。

由于中压领域内真空开关设备灭弧能力特别强,因此在开断电动机、变压器、电容器、电抗器等负载时容易引起截流、多次重燃弧及三相同步开断等操作过电压。阻容过电压吸收器可有效的抑制由于操作过电压引起的高频振荡电压,并将操作过电压降低到各种电器设备允许的幅度以下。

过电压吸收器可等效为10.1μF的电容和100Ω的电阻组成的串联电路,接于断路器出线的电流互感器下端,可随时吸收回路的过电压,当真空断路器切断电动机或变压器时, RC的加入可使操作过电压的震荡衰减较快,较好地限制了过电压的幅值和震荡频率。

它在对相地之间的过电压提供保护的同时,又对相间过电压提供保护。

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