亭子口水電站應(yīng)急備用電源選用淺談

李紅波

(嘉陵江亭子口水利水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

1 概述

亭子口水利樞紐位于嘉陵江中游，距蒼溪縣城15km，以防洪、灌溉及城鄉(xiāng)供水、發(fā)電為主，兼有航運(yùn)、攔沙減淤等功能。樞紐由擋水建筑物、壩后廠房、升船機(jī)等部分組成，最大壩高115m，壩長(zhǎng)995m，水庫(kù)正常蓄水位高程458m，相應(yīng)庫(kù)容34.68億m3。樞紐水電站裝機(jī)4×275MW，通過(guò)500kV一回線路接入500kV巴中變電站，承擔(dān)川東電網(wǎng)骨干電源點(diǎn)的重任。

2 樞紐供電主系統(tǒng)分析

2.1 亭子口水利樞紐的地位

亭子口水利樞紐是嘉陵江上唯一控制性水利項(xiàng)目，在防洪等功能方面地位特別重要;亭子口水電站是川東北骨干電廠，庫(kù)容大調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，在電網(wǎng)中擔(dān)任調(diào)峰調(diào)頻作用。鑒于以上兩方面的要求，樞紐應(yīng)具有獨(dú)立的應(yīng)急備用電源，方能在外部系統(tǒng)電源消失的情況下，確保泄洪和廠房排水，并能根據(jù)電網(wǎng)需要快速進(jìn)行“黑啟動(dòng)”恢復(fù)主網(wǎng)供電。

2.2 供電主系統(tǒng)現(xiàn)狀

亭子口水電站主接線為角形接線，500kV送出線路只有一回，線路長(zhǎng)達(dá)93km，多數(shù)穿越山區(qū)多雷地帶，雷雨季節(jié)可能發(fā)生線路故障。正常情況下，由500kV主變低壓側(cè)的高廠變降壓至10kV，作為主用廠用電。

外部保安電源由110kV左岸施工變電站提供，變電站由蒼溪電網(wǎng)110kV陵江變電站同塔雙回線路送電。施工變有兩臺(tái)110kV/10kV變壓器，正常情況下兩段母線分段運(yùn)行。

廠用電系統(tǒng)分為10kV和400V兩部分，有廠房配電室、壩頂配電室和升船機(jī)配電室。廠房配電室10kV分為四段，依次由斷路器聯(lián)絡(luò)，每段主用由各臺(tái)機(jī)組高廠變供電，相鄰段互為備用。其中，Ⅰ、Ⅳ段分別接入左岸施工變外部保安電源;壩頂配電室10kV配電分為兩段，分別由廠房配電室Ⅱ、Ⅳ段供電;升船機(jī)配電室10kV也分為兩段，分別由廠房配電室Ⅰ、Ⅲ兩段供電。

400V系統(tǒng)由廠房、壩頂和升船機(jī)三部分構(gòu)成，各自由相應(yīng)的10kV配電室提供，降壓變壓器與開(kāi)關(guān)柜并排安裝。其中，壩頂配電室現(xiàn)在安裝一臺(tái)800kW的柴油發(fā)電機(jī)，出線為400V，通過(guò)斷路器接入大壩400VⅠ段，可以快速供電給壩頂各防洪設(shè)施。

2.3 增加廠房應(yīng)急備用電源的必要性

根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備情況，500kV線路只有一回，左岸110kV施工變電站可靠性一般，柴油發(fā)電機(jī)位于壩頂400V系統(tǒng)，也不便于快速接入廠房配電室。因此，為了保證廠房機(jī)組設(shè)備安全和快速“黑啟動(dòng)”機(jī)組需要，以及外部電源全部消失后確保廠房排水供電，有必要在廠房?jī)?nèi)設(shè)置一套柴油發(fā)電機(jī)組作為廠房應(yīng)急備用電源。

3 柴油發(fā)電機(jī)組選用分析

3.1 柴油發(fā)電機(jī)組容量選擇

亭子口水電站機(jī)組推力軸承為巴氏合金金屬瓦，開(kāi)停機(jī)過(guò)程中需要建立高壓油頂起系統(tǒng)，且水輪機(jī)水導(dǎo)瓦為電動(dòng)油泵強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻，這兩項(xiàng)功能都需要提供交流電源，因此水輪發(fā)電機(jī)組不具有“全黑”啟動(dòng)功能。為了在外部交流電源全消失的情況下，確保設(shè)備安全和“黑啟動(dòng)”需要，應(yīng)充分分析交流電源負(fù)荷及性質(zhì)，盡量考慮必要的負(fù)荷來(lái)選擇應(yīng)急電源容量。

廠房柴油發(fā)電機(jī)組容量還應(yīng)同時(shí)滿足廠房滲漏排水等重要設(shè)施供電需要。

因此，當(dāng)電站水輪發(fā)電機(jī)組提供的廠用電和外來(lái)交流電源全部消失時(shí)，必須由柴油發(fā)電機(jī)組向有關(guān)系統(tǒng)設(shè)備供電。根據(jù)亭子口主系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，任何一臺(tái)機(jī)組可以利用廠房應(yīng)急備用電源啟動(dòng)再迅速恢復(fù)廠用電，所以交流負(fù)荷選擇只考慮一臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)需要和廠房滲漏排水系統(tǒng)等供電需求。其負(fù)荷統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1單臺(tái)機(jī)組“黑啟動(dòng)”和廠房排水等供電負(fù)荷

考慮到柴油發(fā)電機(jī)組允許的平均輸出功率應(yīng)不大于備用功率70%的原則，根據(jù)表1成果，柴油機(jī)功率選擇計(jì)算如下:

由P×70%=494.6kW

故P=706.6kW

另外，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)類負(fù)荷較多，柴油發(fā)電機(jī)組的容量選擇，還須計(jì)及這些負(fù)荷同時(shí)啟動(dòng)時(shí)沖擊電流對(duì)電源壓降的影響。結(jié)合負(fù)荷啟動(dòng)方式分析和柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)荷曲線校驗(yàn)，800kW容量柴油發(fā)電機(jī)完全可以滿足電站機(jī)組啟動(dòng)負(fù)荷和廠房排水需求。

3.2 柴油發(fā)電機(jī)組安裝位置選擇

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及距離負(fù)荷就近原則，柴油選擇在3、4號(hào)主變室之間過(guò)道安裝。此地點(diǎn)高程392m，上下游長(zhǎng)9m，左右寬5m。由于樓上是GIS室，左右兩側(cè)是主變，樓下是400V配電室，柴油發(fā)電機(jī)組減震防震措施要切實(shí)可行。由于柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)油煙較大，周邊高壓電氣設(shè)備較多，需加長(zhǎng)排煙管道(不能影響柴油機(jī)正常運(yùn)行)至主廠房右端，排煙至較遠(yuǎn)及開(kāi)闊地方，防止油煙污染周邊設(shè)備。

3.3 柴油發(fā)電機(jī)組電壓等級(jí)選擇

現(xiàn)市面上供應(yīng)的柴油發(fā)電機(jī)組，按電壓等級(jí)分為高壓和低壓兩種，高壓一般指10kV三相三線制輸出，低壓一般指400V三相四線制。選取什么電壓等級(jí)，必須結(jié)合實(shí)際，按照使用需求，從多方面對(duì)比分析。

3.3.1 從送電距離方面分析

10kV輸電電流小，損耗低，電壓降不明顯，可以放置在遠(yuǎn)距離的位置。400V輸電電流大，電纜使用多，熱損耗大無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離供電。800kW低壓發(fā)電機(jī)，額定電流1443A，假設(shè)1000m距離，如選用4根240mm2低壓電纜，估算電壓降約為46V，電壓降太大，需要選用更多的電纜，電纜投資大。800kW高壓發(fā)電機(jī)的額定電流為55A，1000m距離，如選用35mm2的電纜，電壓降約為48V，對(duì)電壓基本沒(méi)有影響。3、4號(hào)主變室之間過(guò)道，距離廠房配電室輸電距離100m以內(nèi)，因此在輸電距離方面，高、低壓都能滿足要求。

3.3.2 從配送電靈活性方面分析

根據(jù)廠用電接線方式，高壓輸出與廠用10kV系統(tǒng)電壓一致，可直接接入10kV供電系統(tǒng)，帶廠用電方式靈活，并能方便作為大壩用電的備用。低壓輸出直接接入400V廠用系統(tǒng)，能快速滿足應(yīng)急用電需求，但不能方便供給大壩用電系統(tǒng)。

3.3.3 日常維護(hù)分析

10kV發(fā)電機(jī)電壓高，絕緣材料選用嚴(yán)格，日常維護(hù)技術(shù)要求高，備品備件購(gòu)買相對(duì)較難。400V柴油發(fā)電機(jī)使用很普遍，維護(hù)技術(shù)要求低，備品備件易于購(gòu)買，保證發(fā)電機(jī)絕緣性能簡(jiǎn)單，保養(yǎng)費(fèi)用便宜。作為原動(dòng)機(jī)的柴油機(jī)，不論輸出電壓如何，日常維護(hù)是相同的。

3.3.4 系統(tǒng)使用分析

10kV輸出，需要通過(guò)降壓變壓器供給低壓配電系統(tǒng)，沖擊干式降壓變壓器會(huì)產(chǎn)生變壓器額定電流5～8倍的勵(lì)磁涌流，雖然持續(xù)時(shí)間只有幾十ms，但依然會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)和變壓器產(chǎn)生不利影響，也有可能造成開(kāi)關(guān)保護(hù)跳閘。柴油發(fā)電機(jī)組低壓輸出，可以直接送給廠房400V配電系統(tǒng)，中間環(huán)節(jié)少，比較快速平穩(wěn)，滿足應(yīng)急電源要快的基本要求。在非常特殊的情況下(例如廠用電消失，廠房或大壩柴油發(fā)電機(jī)故障)，大壩、廠房柴油發(fā)電機(jī)也可以通過(guò)升壓后再降壓，互為備用電源。

3.3.5 施工分析

廠房10kV配電室開(kāi)關(guān)柜有負(fù)荷備用開(kāi)關(guān)柜，使用10kV電壓需要改造成進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜，需重新更換10kV真空開(kāi)關(guān)，盤柜內(nèi)CT也需改造，接地刀閘需要拆除，改造量較大，但電纜數(shù)量少直徑小，便于敷設(shè)安裝。低壓柴油發(fā)電機(jī)可直接接入400V系統(tǒng)，400V系統(tǒng)原設(shè)計(jì)預(yù)留了進(jìn)線開(kāi)關(guān)，但是電纜接入位置較小，不方便安裝施工，需重新改造增加連接銅排擴(kuò)展接線位置，而且接入電纜需6根3×185mm2電纜，施工工作量大難度高。

4 經(jīng)濟(jì)分析

4.1 柴油發(fā)電機(jī)組價(jià)格分析

市面上現(xiàn)有10kV、400V柴油發(fā)電機(jī)組較多，總體上400V使用很普遍，供貨時(shí)間很快，10kV一般需要定制，供貨時(shí)間較長(zhǎng)。比較800kW容量的高、低壓柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組，高壓機(jī)組較低壓機(jī)組貴1/3，價(jià)格差距明顯。

4.2 安裝及附屬設(shè)施費(fèi)用分析

按照100m距離的電纜比較，400V使用的比10kV多，安裝費(fèi)用也高，但10kV需要改造進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜，其它附屬設(shè)施基本一致，因此兩種方案費(fèi)用相差不大。

5 結(jié)論

通過(guò)以上的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析，結(jié)合應(yīng)急電源使用時(shí)間極少的特點(diǎn)，在現(xiàn)有的條件下，亭子口水電站廠房適宜安裝400V低壓800kW柴油發(fā)電機(jī)組。