蜀河水力发电厂0.4KV厂用备自投逻辑方案的设计及应用

摘 要：蜀河水力发电厂设计安装6台45MW灯泡贯流式机型发电厂，1、2、5、6机组制造方为东方电机厂，3 、4水轮发电机组制造方为哈尔滨电机厂，以扩大发电单元形式3 回 110kV 出线，1 回至蜀河变，2回至蜀香变接入 110kV电网。0.4kV 厂用备自投，采用微机型的硬件、软件组态灵活的构成型式，屏体置放于厂用电 0.4kV 配电室。0.4kV 厂用备自投系统 装置由gE 公司VersaMax PLC 及其编程软件组成。机组投产4年多，由于外来变未建成投产，原来设计备自投逻辑过于繁琐，不切合实际，又加上不具备实验条件，0.4kV 厂用备自投系统 一直未能投运。经过电气技术人员多方查阅资料，制定方案，优化逻辑，经过静态、动态实验，完成了逻辑方案的设计及应用。

关键词：贯流式机组；0.4kV 厂用备自投；调试；运行工况；逻辑方案

1 概述

蜀河水电厂位于陕西省旬阳县境内的汉江上游干流上，坝址在旬阳县蜀河镇上游约1km处，距旬阳县城51km，距上游已建的安康水电站约120km，距下游已建的丹江口水电站约200km，是汉江上游梯级开发规划的第六个梯级水电站。电站设计安装6台45MW的灯泡贯流式水轮机组，总装机容量为270MW，2010年10月全部机组投产。

2 蜀河水力发电厂0.4KV厂用备自投系统简介

2.1 主接线形式

蜀河水电厂6台机组，以扩大发电单元形式3 回 110kV 出线，1 回至蜀河变，2回至蜀香变接入 110kV电网。

2.2 厂内 0.4kV 系统

2.2.1 厂内 0.4kV 系统结构

厂用 0.4kV 系统为三进一备 4 段接线：

高压侧 13.8kV 进线断路器 QF01、QF02、QF03、QF04；

低压侧 0.4kV 进线断路器 QF10、QF20、QF30、QF40；

0.4kV 母线联络断路器QF21、QF24、QF43；

0.4kV 母线电压互感器TV10、TV20、TV30，TV40。

2.2.2 厂用 0.4kV 系统主设备配置

蜀河水力发电厂PLC BZT 备自投装置（以下简称 BZT）能实现0.4kV 系统四个母线段之间电源互相备用的断路器投/退功能。BZT 具有 TV 断线闭锁、装置本体故障防护功能，能接受来自电站计算机监控系统指令与现地手动设备备用电源自动投入的运行方式。BZT 根据采集每回进线单相电流和线电压、各段母线线电压及断路器位置接点的信息，作为 BZT 启动的判断条件，保证 BZT 正确可靠地控制所选定断路器顺序投入与断开。BZT 装置保证对所控制断路器此仅动作于合闸操作一次，避免该断路器当引入故障线路并跳闸之后的再次地合闸操作。

（1）对厂内0.4KV系统母线的运行要求

第一，0.4KV系统正常运行方式为：厂用电0.4KV正常按I、III段分段独立运行，II段联络IV段运行，I、II、III段母线互为备用，并以相邻侧一方为优先，当任何一段母线负带所有四段母线时为限制负荷工作方式。

第二，0.4KV外来进线电源为IV段，其作用为全厂的备用电源，当负带所有四段母线时为限制负荷工作方式。

0.4KV系统厂内0.4KV四段母线通过相关断路器的联结构成单母结构。

（2）备自投装置组成

PLC BZT 装置组成 1 面标准屏，采用微机型的硬件、软件组态灵活的构成型式，屏体置放于厂用电 0.4kV 配电室。0.4kV 系统 BZT 装置核心设备采用gE 公司PLC 产品：CPU 为IC200CPUE05、电源模块为IC200PWR002D、输入模块IC200MDL650G、开 出 模 块 IC200MDL750E 、模拟量输入模块IC200ALG264F（2 块）、RTD 模块 IC200ALG620-4D；江苏金智交直流双供电源插箱 ECPwr-600-B、昆仑通态触摸屏 TPC1063E（10.4TFT）及温湿度控制器、电压变送器、转换开关、按钮、中间继电器等设备元器件。

（3）开关量说明

装置引入四段母线电压（TV10、TV20、TV30、TV40），用于有压、无压判别。引入四段进线电压（TV11、TV21、TV31、TV41）作为自投准备及动作的辅助判据。每个进线开关各引入一个位置接点，是为了防止PT三相断线后造成桥接开关误投，也是为了更好的确认进线开关已跳开。

作为系统运行方式判别，自投准备及选择自投方式。引入了开关的合后位置信号（从开关操作回路引来），作为各种运行情况下自投的闭锁。

第一，模拟量输入。

外部电流及电压经隔离互感器隔离变换后输入，经低通滤波器输入至模数变换器，CPU采样后对数字进行处理，构成各种保护继电器，并计算各种遥测量。

TV11为Ⅰ母进线电压；TV21为Ⅱ母进线电压；TV31为Ⅲ母进线电压；TV41为Ⅳ母进线电压。

TV10为Ⅰ母电压；TV20为Ⅱ母电压；TV30为Ⅲ母电压；TV40为Ⅳ母电压。

第二，装置信号开出。

由备自投PLC送往公用LCU的信号为：备自投切换完成、备自投切换失败、备自投PLC故障、电源备自投投入。

3 备自投逻辑方案的调试试验

3.1 调试目的

通过调试，检验PLC及其控制设备是否可靠工作，在各种故障条件下可以正常切换以满足0.4KV厂用备自投开关动作逻辑方案的设定。

3.2 调试地点

0.4KV厂用备自投PLC控制柜

3.3 静态调试安全措施

3.3.1 断开0.4KV厂用备自投PLC柜内PT输入空开1ZK、2ZK、3ZK、4ZK、5ZK、6ZK、7ZK、8ZK、9ZK、10ZK；

3.3.2 甩开DOM1端子排开出信号：XD1：1、XD1：2、XD1：3、XD1：4、XP：5、XP：6、XP：7、XP：8、XP：9、XP：10、XP：11、XP：12、XP：13、XP：14、XP：15、XP：16、XP：25、XP：26、XP：27、XP：28；并用绝缘处理。

3.4 静态调试工况分析

3.4.1 正常运行工况分析

（1）厂用变高压侧断路器正常运行工况

正常态 1#～3#厂用变 13.8kV 高压侧断路器至少有一回断路器处于合闸位置，即有：QF111+QF112+QF113=1。非正常态 1#～3#厂用变高压侧断路器将均处于跳闸位置，即有：QF111 & QF112 & QF113=0。

（2）厂用电 0.4kV 系统运行工况

厂用电 0.4kV 正常按Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段分段独立供电运行，此三段母线互为备用；0.4kV外来进线电源为 IV 段，作为全厂的备用电源。

正常供电运行时，Ⅰ～Ⅲ段母线进线断路器QF401、QF402、QF403 均处于合闸状态，Ⅳ段母线进线断路器 QF404 处于分闸闸状态，母线分段断路器QF424、QF434其一 处于分闸状态，QF412处于分闸状态。此运行状态Ⅰ段 0.4kV 母线处于独立供电状态，Ⅳ段母线联络Ⅱ母或Ⅲ母运行。

各段母线均设有母线电压互感器 TV，其电压量直接引入 0.4kV 厂用电 PLC BZT 装置。母线电压量的测量值为母线有电压或无电压数据状态，其作为用于投入或断开各个断路器BZT 控制动作的判定条件。

3.4.2 调试前提条件

（1）投0.4KV厂用备自投PLC控制电源柜备自投把手至投入位置；

（2）Ⅰ段母线投退把手至投入位置；Ⅱ段母线投退把手至投入位置；Ⅲ段母线投退把手至投入位置；

（3）投入PLC控制柜交直流双供电电源1DK、20DK，交直流双供电箱AC、DC电源指示灯正常；

（4）PLC工作正常，无故障指示，开入、开出量点名称、位置与实际对应；

（5）开入量：1#厂用进线断路器QF401合闸位置ON；2#厂用进线断路器QF402合闸位置ON；3#厂用进线断路器QF403合闸位置ON；厂用ⅠCⅡ联络断路器QF412分闸位置ON；厂用Ⅳ-Ⅱ联络断路器QF424或厂用Ⅳ-Ⅲ联络断路器QF434其一分闸位置ON。

3.5 动态调试

静态调试完毕，确认逻辑无错，二次回路接线准确可靠后，准备进行带负荷调试。

3.5.1 实验前满足以下条件

第一，合上0.4KV厂用备自投PLC柜内PT输入空开；

第二，接上DOM1端子排开出信号；

第三，检查QF401、QF402、QF403、QF404、QF412、QF424、QF434至备自投PLC开关位置信号正确，开关量输出回路接线正确、可靠，控制回路电源可靠。

第四，Ⅰ～Ⅲ段母线进线断路器QF401、QF402、QF403 均处于合闸状态，Ⅳ段母线进线断路器 QF404 处于分闸状态且放置开关位置至试验位置，母线分段断路器QF424、QF412、QF434 均处于分闸状态并且放置开关位置至试验位置。各段 0.4kV 母线处于独立供电状态。

3.5.2 注意事项

第一，切换时应做好BZT切换失败的事故预想，检查监控系统UPS及蓄电池直流系统工作正常；

第二，作好各机组事故低油压动作的事故预想；

第三，关闭各机组励磁工控机系统；

第四，全厂6台机组必须全部在停机状态进行，否则，必须断开QF401、QF402、QF403的开出回路，QF404置试验位置。

4 备自投逻辑方案的确定

5 结语

随着蜀河电厂外来变建成投产，经过电气技术人员多方查阅资料，根据我厂的实际运行方式，制定方案，优化逻辑，经过静态、动态实验，0.4KV厂用备自投系统动作逻辑正确，信号正常，完成了逻辑方案的设计及应用，解决了厂用备自投长期不能投运的技术难题。

作者简介：张福成（1966- ），工程师，蜀河水力发电厂设备部电气专业工程管理人员。