某电站400V配电系统操作电源优化改进

沈杨阳

（国能大渡河流域生产指挥中心 ， 四川成都 610000 ）

摘要：本文就某电站400V配电系统投入运行后出现的状况进行分析，同时寻找改进方案。使配电系统备用电源自动投入功能使用正常，保证防汛设施及辅助设备运行可靠。同时优化方案后为对运行维护人员操作、检修等工作提供便利性。

关键词：配电系统；备用电源自动投入；运维；检修

某电站厂用电系统采用10kV、400V两级电压供电，由厂内厂用电系统和厂外厂用电系统两部分组成。厂内400V配电系统操作电源通常来自于相邻部位的220V直流系统，部分400V配电系统处于厂外较远位置，不具备外来操作电源，所以使用自身母线电源作为操作电源，当母线停电后失去操作电源无法正常操作，导致备用电源自动投入[1]功能无法正常使用。与配电系统相邻的10kV隔离开关柜操作电源取自相邻变压器低压侧，所以停电后同样会导致操作电源消失，无法正常操作。下文以某电站水垫塘400V配电系统为例，对此类配电系统存在的缺陷进行分析并提出解决方案。

1 400V配电系统概述

某电站厂内400V系统包括1～4号机机组自用电、1～2号公用电系统、地面副厂房配电系统、地下副厂房照明系统、排风机室配电系统、水垫塘配电系统、水厂配电系统和进厂交通洞照明配电系统。厂外400V系统包括坝顶控制楼配电系统、进水口配电系统、泄洪洞配电系统、坝体集水井配电系统、坝区枢纽10kV配电房400V配电系统。

400V开关柜采用扬州德云电器公司生产的SIVACON型开关柜，进线和联络开关采用西门子生产的塑壳断路器3WL型，本体设置了速断、过流和接地故障保护以实现负荷发生故障时及时切除[2]。400V系统采用南瑞继保的RCS-9651CS型微机备自投装置，安装于各配电系统的联络开关屏内。400V备自投具有备用电源自动投入和自动恢复功能。

当继电保护器的备用电源自动投入装置时，就是当工作电源因故障断开后，能自动地而且迅速地将备用电源投入工作或将用户切换到备用电源上去，使用户不致于停电的一种装置，简称为BZT装置。对BZT装置的基本要求如下：装置的启动部分应能反应工作母线失去电压的状态 ； 为防止把备用电源投入到故障元件上，以致扩大事故，扩大设备损坏程度，而且达不到BZT装置的预定效果，因此要求只有当工作电源断开后，备用电源方可投入，这一点是不容忽视的；BZT装置只能动作一次，以免在母线上或引出线上发生持续性故障时，备用电源被多次投入到故障元件上，造成更严重的事故；BZT装置应该保证停电时间最短，使电动机容易自启动；当电压互感器的熔断器熔断时BZT装置不应动作；当备用电源无电压时，BZT装置不应动作。为满足上述要求，BZT装置应由两部分组成：低电压启动部分[3]，当母线因各种原因失去电压时，断开工作电源。自动合闸部分，在工作电源的断路器断开后，将备用电源的断路器投入。

400V系统正常运行方式为母线分段运行，母联开关置工作“分闸”位置，备自投的备用电源自动投入功能和自动恢复功能均投入。

图1.1 水垫塘配电系统接线图

2 存在问题

（1）因400V配电系统进线电源屏操作电源取自本段母线，导致发生停电情况时由于操作电源消失，进线电源开关不能分闸，造成备用电源自动投入功能条件不满足，无法正确合上联络开关，导致备自投功能障碍。

（2）因10kV隔离开关柜操作电源取自相邻变压器低压侧，导致变压器停运后隔离开关柜断路器操作电源消失，每次停送电需从本体解除闭锁后操作，给运行操作人员及检修维护人员带来极大的不便。

3 改进方案

水垫塘配电系统为水垫塘及周围区域水工建筑渗漏水排水系统提供电源，若因配电系统的缺陷导致故障情况下排水系统不能正常运行，可能会导致水工建筑物以及水垫塘排水系统等机电设备发生水淹的情况，对物资财产造成了危害，同时也对某电站的安全稳定运行造成威胁。因此，为解决短时停电或故障停电时操作电源消失的情况，提出以下几种操作电源的改进方案。

3.1 从相邻段母线取操作电源

若考虑停电情况下操作电源会消失的情况，则可以采取从相邻段母线引入本段操作电源，当某一段电源需要停电或故障停电时另一段电源通常都是正常运行的，所以本段操作电源正常，备自投装置可以正确动作，将两端母线联络运行，恢复供电。但是，当一段母线停电后另一段母线操作电源会消失，此时若母线所带负荷发生故障或者母线发生故障将会导致正常运行的进线开关无法正确分闸，造成故障范围扩大，甚至引起上级电源故障，对主设备造成危害。

此方案虽只需将操作电源改自相邻段母线，施工难度小，接线简单，但是考虑到设备运行的可靠性，不采取此种方案。

3.2 从生产区域直流系统取操作电源

厂房内400V配电系统操作电源来自相邻直流系统提供的220V直流电源，水垫塘配电系统处于厂房外部靠近大坝位置，若从直流系统敷设电缆提供直流操作电源可以解决配电系统的缺陷，但是由于距离较远，施工难度大，需要新敷设电缆较多成本也高，故排除此方案。

3.3 在配电系统增加UPS电源专供操作电源

综合考虑距离、位置、投入成本、施工难度等因素，我们提出一种比较方便的方案，为消除隐患，可以采取在配电系统增加UPS[4]主机的方案，UPS即不间断电源，是将蓄电池与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流式电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时，UPS立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护[5]。

在设备停电检修时，由UPS为配电系统提供操作电源，在发生电源跳闸的时候UPS主机提供了操作电源供备自投装置跳开进线开关，合上联络开关，可以确保BZT装置正确动作，及10kV隔离开关柜正常操作。

在确定方案后需要进行施工设计，想要让两段电源互不影响，最合理的方案就是在两段进线柜各加一台UPS主机让两段分开使用，设计原理如下：

图3.1 UPS方案示意图

从配电系统母线取一路电源供给UPS主机，UPS主机负载端引出两路电源分别供给进线开关柜和隔离开关柜做操作电源。

4 应用

经仔细设计，此方案在配合水垫塘400V配电系统检修的过程中进行施工，增加UPS主机后经试验，隔离开关与进线开关分合闸操作正常，备自投装置功能正常，动作准确，证明此方案可行。

某电站水厂400V配电系统、泄洪洞400V配电系统、排风机室400V配电系统、坝体集水井400V配电系统由于地理位置因素，在施工安装时同样存在没有外来直流系统提供的操作电源的隐患，计划配合设备检修周期，对以上4套配电系统进行相同改进。

5 结语

在水垫塘400V配电系统进线电源屏后新增安装UPS电源主机，分别供进线柜及10kV隔离开关柜操作电源，消除了“因进线电源屏操作电源均取自本段母线，导致BZT装置无法正确动作”以及“10kV隔离开关柜因操作电源取自相邻变压器低压侧，导致变压器停运后隔离开关柜断路器无法正常操作”的安全隐患。
通过此次改进，水垫塘配电系统备用电源自动投入功能投入正常使用，从根本上解决了水垫塘排水系统等防汛设施的供电可靠性不高的问题，保障了水垫塘水工建筑及机电设备的安全运行[6]。

参考文献：

1. 陈胜,彭碧君,于立涛.双母双分段接线方式中备用电源自动投入装置配置[J].山东电力技术,2018,45(10):45-48.

2. 陈淑秋,孙水英,张凤,乔艳红,吴滨海.水利工程电气设计塑壳断路器的选用[J].山东水利,2003(04):35.

3. 陈启萍.备用电源自投装置在水电厂的应用[J].电工技术,2011(07):22-23.

4. 李广环.UPS电源设计与运用[J].山东工业技术,2019(04):137.

5. [1]李富尧.UPS电源系统工作原理及维护[J].内燃机与配件,2018(18):150-151.

6. 庞则珑.配电系统的安全运行可靠性分析[J].通讯世界,2018(11):206-207.

作者简介：

沈杨阳,（1994- ），女，江西景德镇，工作单位：国能大渡河流域生产指挥中心，助理工程师，研究方向：流域水电调度、电气设备自动化等。