摘要：本研究主要阐述了电站实施低谷全停运行方式以后，为保障电网系统以及厂用电系统等稳定安全运行面临的技术风险以及解决方案，详细分析了解决有关风险问题的技术措施。最后简要论述了天一电站2010年首次实施低谷全停运行模式有关情况，以及2011年至2016年的后续改进运行实施等情况。
关键词：水电站；低谷全停运行模式；经济效益
1低谷全停运行风险分析
由于低谷全停是一种非常规的运行方式，电站在实施低谷全停运行实践前，须进行相应的风险评估分析，并有针对性地制定技术措施。根据电站工程设计资料及实际运行现状，分析电站在流域及电力系统中的作用，如果天一电站低谷单机过夜运行，主要的作用有以下三点：
（1）为电站所接入的电网系统在安稳、无功及有功等方面承担相应调节任务。
（2）为电站厂用电系统提供一个电源点，与外来电源35千伏电天线组成双电源供电（详见图3-2）。
（3）为电站的下游河段增加流域供水，防止下游的南盘江河段出现断流。500千伏天生桥换流站直线距离天一电站仅4.5公里，需要电站在无功、有
功及安稳方面提供支持。天生桥换流站在电网负荷低谷的时段直流潮流将大幅度降低，系统自身即可满足其对无功、有功等需求。当直流系统出现闭锁情况时，相应功率潮流可以由“西电东送”天广线的交流系统承担，所以也不需要天一电站承担切机保护电网系统稳定运行的责任。综上所述，在负荷低谷时段实施低谷全停是不影响电网系统安全稳定运行的。低谷全停时间较长的情况下，下游的平班电站（总装机405兆瓦、调节库容0.27亿立方米）、天生桥二级电站（总装机1320兆瓦、调节库容0.08亿立方米）调节库容量均很小，其机组也相继被迫全部停运，但是不会对电网系统及电站自身的安全运行造成不良影响。
厂用电备用电源设置必须可靠且具有供电独立性，水电站的厂用电系统须要实时可靠切换供电，工作电源与备用电源之间能短时并列运行并互相之间能便捷切换。电源供电容量和设计接线方式要同时满足厂用电设备在事故检修、正常运行、停运、启动以及其它异常运行方式。虽然水电站厂用机械设备容量及数量较同等容量的火电要小得多，但是水电站也有十分重要的负荷设备，例如励磁系统、保护装置、调速器、监控系统以及进水口事故闸门等，为确保水电站厂用设备的安全稳定供电，厂用电系统须要有很高的可靠性。
为确保电站的安全稳定运行，天一电站如要实施低谷全停运行，其厂用电系统也必须要求有两路独立的厂用电源供电。2010年，电站厂用电外来备用电源仅有自天生桥二级电站接取的35千伏电天线；低谷单机过夜运行情况下也需要互为备用的两路厂用电源运行，其中一路厂用电通常由运行机组自带运行，而另一路厂用电则由35千伏电天线带送运行。电站若要实施低谷全停运行方式，为避免单路厂用电源供电以及全厂黑启动事故等风险，必须要为厂用电系统再确定一路替代备用电源。
厂用电备用电源也叫事故备用电源，供电容量要充分，具有独立的设计引接方式；尽量跟电网系统联系紧密，这样如果万一发生全厂停电事故时，也就能从电网系统处及时恢复厂用电供电。厂用电备用电源通常有下列四种引接方式：
（1）经有关备用变压器（或者电抗器）从发电机出口母线上接取供电。
（2）通过有关联络变压器中的低压绕组接取供电。
（3）供电可靠性最高的是从与电网系统紧密联系的最低一级母线上接取，但是其高压配电装置的投资成本也比较高。
（4）架设厂用电专用线路从外部电网系统提供备用电源。
2备用电源选取方式分析
2.1 10kV天换线投运前有关情况
2013年4月份之前，有下列4种备用电源方式可以替代运行机组带厂用电：
（1）通过主变压器反送电由电网系统带厂用电运行（主变压器的型号为：SFP8-380000/220，西安变压器厂生产）。
（2）通过厂内柴油发电机提供应急电源。
（3）一台机组保持在热备用状态供电。
（4）通过35kV电天线提供备用电源。
根据当时电站运行实际情况，机组热备用方式运行成本较高，应急柴油发电机供电一般仅用于事故情况下供电。为了能充分利用现有条件，及时实施低谷全停运行方式，通过技术经济多方对比，当时选择了采用电网系统通过主变反送电供电。在此通过1号主变反送电举例说明（见图3-1），即10千伏厂用电系统I段则由电马甲线经1号主变压器反送电供电，另一路厂用电源由35千伏电天线供电。此时反送电单元所在的机组为冷备用状态（图3-1中的隔离刀闸211为分位），如果该机组须启动运行，除机组状态转换时间会有所延长外，在枯水期情况下电站的调峰及发电容量不会受到限制。同时，上述供电方式的一路厂用电源直接取自电网系统，其供电稳定性较好。
图3-1电站电气主接线简图
Fig.3-1 main electric wiring diagram in hydropower station
2.2 lOkV天换线投运后有关情况
低谷全停改变了部分设备的正常运行方式，存在容易出现运行误操作风险、机组维护保养困难等问题，上述问题主要是由于采用主变反送电带厂用电系统才出现的。同时，厂用电外来电源35kV电天线线路大多数架设在深谷山林间，途经雨季强雷区，线路本身的供电可靠性也不高。在极端恶劣天气时段，水电站可能发生全厂停电的恶性事故。为保障水电站的正常生产，对厂用电源的安全可靠性要求较高，可靠的厂用电事故备用电源作为最后一道防线的作用非常重要。为解决上述问题，从天一电站至天生桥换流站增设了一路10kV厂用电外来电源（以下简称“10kV天换线”，详见图3-2）。10kV天换线于2013年4月份正式投运，之后便有下列5种备用电源方式可以替代运行机组带厂用电：
（1）通过主变压器反送电由电网系统带厂用电运行（主变压器的型号为：SFP8-380000/220，西安变压器厂生产）。
（2）通过厂内应急柴油发电机供电。
（3）35kV电天线备用电源。
（4）10kV天换线备用电源。
（5）—台机组热备用方式。
综合考虑上述各种因素，2013年4月份以后，替代运行机组带厂用电系统的备用电源主要选择10千伏天换线以及35千伏电天线供电，这在提高了供电可靠性的同时，也使得厂用电系统拥有更为灵活的运行切换方式。
3低谷全停运行技术措施
3.1主变反送电运行技术措施
电站在10kV天换线投运之前实施低谷全停运行时，其中的一路厂用电源须由主变压器反送电提供，这种供电方式下须解决下列5个技术问题：
（1）主变压器每次反送电的全压冲击是否会对设备等造成不良影响，须明确长期进行反送电运行的约束条件。
（2）现有的发变组保护以及线路保护等系统配置能否满足主变反送电运行要求。
（3）如何养护反送电单元所在的备用机组，机组如果长期不能正常启动发电运行，但是也需要结合实际做好机组各个系统维护保养工作。
（4）在主变反送电运行方式下，主变电压高低及其稳定性将直接取决于系统电压，而这种情况下是否能确保厂用电系统安全稳定运行。
（5）运行维护的操作安全问题，这种特殊运行方式不同于常规运行方式，受惯性思维的影响运行操作人员因习惯性操作而容易引发安全问题。
电站设计竣工资料提到，在主变投产时进行了五次全压冲击试验。咨询中试所、西变厂等研究设计单位技术人员，均认为可以反送电运行并可对电站升压变进行全压冲击，按照《电力工程电气设计手册》的“开断空载变压器过电压及其限制”技术要求等章节规定[22]，电站主变压器均能满足有关要求。论证确认了主变反送电过程中原来设计的控制系统及保护系统均能满足要求，但是“发变组差动保护”等装置当时已进行了改造，主变压器励磁涌流冲击是否能满足新的发变组保护等控制要求，需要开展主变压器全压冲击试验进行现场可行性验证。按系统电压波动幅度（225〜237千伏）和主变变比（IV档位：229.9/18）进行核算，系统反送电的电压质量理论上符合厂用电的供电需求。反送电所在单元的机组将较长时间在冷备用停机状态，设备的机械及绝缘等性能可能会下降。针对上述问题，除研究制定了有关试验方案及事故预案外，并提出了下列6条技术措施：
（1）机组设备的巡视检查、消缺维护等照常开展，每周需开机一次至空载运行三十分钟以上（图3-1中隔离刀闸211保持在分位）。
（2）反送电机组段出口断路器合闸时，时间间隔不小于30分钟。为了减少主变消磁时间，主变反向充电合闸操作结束后，立即带上厂用电系统的负荷运行。
（3）将配置在电马线一侧的避雷器同时也作为主变高压侧的过电压保护装置，并且由天生桥换流站一侧操作停运电站的空载主变。
（4）为了避免系统电压不稳定以及涌流冲击等造成不良影响，在监控系统电源等装置上加装了防涌浪保护设备。
（5）针对主变反送电带厂用电这种特殊运行方式，电站制定了专门的有关运行操作方案，严防运行操作人员受惯性思维的影响引发误操作等问题。
（6）为防止反送电单元异常故障导致出口断路器重合闸误动作，期间停用重合闸保护功能。
3.2外来备用电源供电运行技术分析
（1）供电容量限制
35千伏电天线作为电站主要的厂用电备用电源，与天生桥二级电站实现互为备用的厂用电供电关系。其中规定，天生桥二级电站向天一电站送电是正向送电，天一电站向对侧送电即为反向送电。35kV高压厂用变15B额定容量为3000kVA，35kV电天线送受电容量按天生桥一、二级电站互为备用协议规定如下：本侧输出的备用容量上限是l000kVA，对侧输入的备用容量上限是2000kVA。
电站通过10kV天换线与天生桥换流站之间也建立了互为备用的供电联系，其中换流站向电站送电为正向送电，电站向对侧送电为反向送电；10kV天换线隔离变压器16B额定容量为2500kVA，按电站与天生桥换流站互为备用的协议规定，天换线双方输送容量限制均为l000kVA。
（2）运行倒闸操作风险
厂用电系统的倒闸操作逻辑闭锁关系本身就较为复杂，而且当时厂用电系统中还未装设“五防”整体闭锁系统，运行人员如果在厂用电倒闸过程中出现误操作等情况，容易引发厂用电系统失电、设备受损甚至人身伤害等事故[23]。
在10kV厂用电系统倒闸操作中必须使用无压合闸方式操作，即对某段10kV母线送电前先检查受电母线无压后方可进行合闸送电操作，操作送电完成后必须检查三相母线的电压是否正常。须充分考虑厂用电系统各开关的电气逻辑闭锁关系，严格按照逻辑闭锁要求操作。如果采用外来电源供电或者主变反送电供电时，厂用电运行倒闸操作将更为复杂，存在较大的运行倒闸操作风险。
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论文作者:任海若
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/17
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