黃家寨水電站電氣一次設(shè)計(jì)

摘 要：合理電氣一次設(shè)計(jì)方案，對(duì)于確保水電站發(fā)變電運(yùn)行，具有較高的技術(shù)可靠性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性尤為重要。結(jié)合黃家寨水電站電氣一次設(shè)計(jì)實(shí)例，從主接線(xiàn)方案比選、廠(chǎng)用電方案確定、電氣設(shè)備選型、設(shè)備布置等方面，對(duì)水電站電氣一次設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了認(rèn)真探討。

關(guān)鍵詞：水電站；電氣一次；變壓器；電氣設(shè)備

1 電站與電力系統(tǒng)的接入方式

黃家寨水電站位于貴州省水城縣猴場(chǎng)鄉(xiāng)古牛河上，距水城縣85公里，距米籮鄉(xiāng)約17公里?，F(xiàn)階段暫按電站35kV出線(xiàn)一回，接在110kV米籮變電站的35kV母線(xiàn)上，作為上網(wǎng)落點(diǎn)，并接受供電局地調(diào)的調(diào)度。電站暫不考慮調(diào)相運(yùn)行方式。電站距米籮變電站的輸電距離約17km，輸送容量約9.8MW，多年平均年發(fā)電量為3826萬(wàn)kW.h時(shí)，按年利用小時(shí)為3904h。豐水期在系統(tǒng)中承擔(dān)基荷，由于保證出力僅為805kW，枯水期采用停機(jī)蓄水-發(fā)電的運(yùn)行方式，避免機(jī)組長(zhǎng)期在低負(fù)荷下運(yùn)行，客觀上又參與了調(diào)峰運(yùn)行；水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況主要為停機(jī)、1臺(tái)發(fā)電、2臺(tái)發(fā)電三種工況。

2 電氣一次方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選

2.1 主接線(xiàn)的初擬及比選

發(fā)電機(jī)和變壓器的組合方式，作了以下三個(gè)方案進(jìn)行比較：

方案一：兩機(jī)一變，發(fā)電機(jī)電壓6.3kV側(cè)為單母線(xiàn)接線(xiàn)；升高電壓35kV側(cè)采用變壓器線(xiàn)路組接線(xiàn)。主變?yōu)橐慌_(tái)雙線(xiàn)圈變壓器（容量12.5MVA）。

方案二：一機(jī)一變，發(fā)電機(jī)電壓側(cè)采用發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線(xiàn)，升高電壓35kV側(cè)單母線(xiàn)接線(xiàn)。主變?yōu)閮膳_(tái)雙線(xiàn)圈變壓器（容量6.3MVA）。

方案三：兩機(jī)兩變，發(fā)電機(jī)側(cè)為單母線(xiàn)斷路器分段接線(xiàn)；升高電壓35kV側(cè)采用單母線(xiàn)接線(xiàn)。兩臺(tái)主變均為雙線(xiàn)圈變壓器（單臺(tái)容量為6.3MVA）。

三個(gè)方案的技術(shù)比較。從供電可靠性、動(dòng)行靈活性方面考慮：方案二、三高于方案一，但方案二、三發(fā)電機(jī)電壓設(shè)備和升高電壓設(shè)備多，布置占地方，維護(hù)檢修工作量比大，這方面不及方案一優(yōu)越。三個(gè)方案經(jīng)濟(jì)性，比較方案二、三接線(xiàn)比方案一接線(xiàn)所需的主變及高壓斷路器數(shù)量多，設(shè)備投資比方案一增加85萬(wàn)元和103萬(wàn)元左右，加上土建、保護(hù)、運(yùn)輸及其他費(fèi)用，增加的綜合投資更大。雖然單母線(xiàn)接線(xiàn)（方案一）可靠性方案（二、三）低，但是主變壓器是靜止元件，可靠性本來(lái)就很高，出現(xiàn)故障的情況十分罕見(jiàn)，所以主變臺(tái)數(shù)對(duì)可靠性的影響并不很明顯。

綜上所述，推薦方案一為本電站的電氣主接線(xiàn)。

2.2 廠(chǎng)用電及壩區(qū)用電

2.2.1 廠(chǎng)用電電源

初擬裝兩臺(tái)廠(chǎng)用變，一臺(tái)接在發(fā)電機(jī)電壓母線(xiàn)上，可靠性高，且經(jīng)濟(jì)，是水電站取得廠(chǎng)用電源的常用方式；另一臺(tái)接在35kV線(xiàn)路斷路器外側(cè)，可不經(jīng)主變便可從網(wǎng)上倒送廠(chǎng)用電?？紤]初擬的廠(chǎng)用電氣設(shè)備容量和檢修負(fù)荷，現(xiàn)階段接于發(fā)電機(jī)母線(xiàn)的廠(chǎng)用變壓器的容量暫按315kVA考慮，當(dāng)本臺(tái)廠(chǎng)用變壓器檢修或出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)廠(chǎng)用變壓器能擔(dān)負(fù)正常運(yùn)行的廠(chǎng)用電負(fù)荷或短時(shí)最大負(fù)荷。因此，接于網(wǎng)上電源的廠(chǎng)用變壓器容量初選為250kVA。

2.2.2 廠(chǎng)用電接線(xiàn)方式

（1）廠(chǎng)用電接線(xiàn)。電站裝機(jī)容量為9.8MW，屬于小型電站，廠(chǎng)用電供電方式采用機(jī)組自用電與全廠(chǎng)公用電的混合供電方式。廠(chǎng)內(nèi)及其附近的廠(chǎng)用電低壓負(fù)荷采用由廠(chǎng)用盤(pán)直供，或通過(guò)廠(chǎng)用盤(pán)到配電箱供電方式，配電箱布置于所供電的負(fù)荷附近。對(duì)于可靠性要求較高或者容量較大的負(fù)荷，從廠(chǎng)用盤(pán)直接以單層輻射供電。

（2）壩區(qū)用電。壩區(qū)離廠(chǎng)房約0.3km，現(xiàn)階段考慮該電站建成后的生活區(qū)用電情況，因此由廠(chǎng)房經(jīng)升壓變壓器引一回10.5kV線(xiàn)路，向壩區(qū)和生活區(qū)供電。變壓器的容量按壩區(qū)和生活區(qū)的負(fù)荷大小決定，現(xiàn)階段均按200kVA考慮。由于壩區(qū)有泄洪弧形工作閘門(mén)，必須保持壩區(qū)有兩個(gè)獨(dú)立的供電電源。為此，在保留的壩區(qū)施工線(xiàn)路上再接一臺(tái)200kVA的降壓變壓器，作為壩區(qū)的備用電源。壩區(qū)設(shè)一個(gè)低壓配電室，向用電設(shè)備采用單層幅射供電。而壩區(qū)兩臺(tái)降壓變壓器應(yīng)盡量靠近該室布置（可布置在П型終端桿上）。壩區(qū)低壓用電系統(tǒng)，采用單母線(xiàn)分段接線(xiàn)形式，對(duì)兩電源進(jìn)采用機(jī)械閉鎖裝置，以防非同期合閘。對(duì)泄洪弧形工作閘門(mén)保證獨(dú)立的雙電源供電。

2.2.3 廠(chǎng)用電設(shè)備選擇

400V配電裝置選用GCSK型低壓配電屏。布置在戶(hù)內(nèi)的廠(chǎng)用變壓器，采用樹(shù)脂澆注干式變壓器，布置在戶(hù)外的采用油浸式變壓器。

3 主要電氣設(shè)備選型

發(fā)電機(jī)電壓6.3kV系統(tǒng)和升高電壓35kV系統(tǒng)選擇成套高壓開(kāi)關(guān)柜，發(fā)電機(jī)主回路選用銅母線(xiàn)。發(fā)電機(jī)出口斷路器采用能開(kāi)斷40%直流分量的ZN63A（VS1）型斷路器，以滿(mǎn)足開(kāi)斷直流分量和減少操作過(guò)電壓的要求。

（1）6.3kV開(kāi)關(guān)柜成套設(shè)備（含發(fā)電機(jī)出口斷路器柜）：共8面，型號(hào)KYN28A-12系列；額定電壓7.2kV；額定頻率50HZ；額定電流2000A；額定短路開(kāi)斷電流31.5KA，25KA；額定短路關(guān)合電流（峰值）63KA，80KA；額定熱穩(wěn)電流（4S）25KA，31.5KA；額定短路開(kāi)斷電流開(kāi)斷次數(shù)50次；機(jī)械壽命20000次。

（2）主變壓器：型號(hào)S9-12500/35；額定電壓38.5±2×2.5%/6.3kV；容量12.5MVA；接線(xiàn)組別YNd11；自然冷卻；阻抗電壓8%；1臺(tái)。

（3）廠(chǎng)用變壓器：型號(hào)SCB10-315/6.3和S9-250/35各一臺(tái)；額定電壓6.3±5%/0.4kV和38.5±2×2.5%/6.3kV；容量315kVA和250kVA；接線(xiàn)組別Dyn11；阻抗電壓4%和6.5%。

（4）35kV開(kāi)關(guān)柜（含出線(xiàn)斷路器柜）：型號(hào)XGN17-40.5系列；3面；額定電壓40.5kV；額定頻率50HZ；額定電流1250A；額定短路開(kāi)斷電流25KA；額定短路關(guān)合電流（峰值）63KA；額定熱穩(wěn)電流（4S）25KA；額定短路開(kāi)斷電流開(kāi)斷次數(shù)30次；機(jī)械壽命10000次。

4 電氣一次設(shè)備布置

電站設(shè)副廠(chǎng)房，布置在主廠(chǎng)房上游側(cè)。以便電氣設(shè)備與水機(jī)設(shè)備分區(qū)布置。主副廠(chǎng)房的電氣設(shè)備布置要滿(mǎn)足安全凈距的要求，各種通道要便于運(yùn)行巡視操作，搬運(yùn)檢修和事故處理。設(shè)備的具體位置要盡量考慮縮短連接導(dǎo)體的長(zhǎng)度。在總體布置滿(mǎn)足要求的前提下，也盡量考慮節(jié)省土建費(fèi)用。在主廠(chǎng)房上游側(cè)按機(jī)組段，布置有勵(lì)磁屏、發(fā)電機(jī)保護(hù)屏、測(cè)溫制動(dòng)屏、機(jī)組現(xiàn)地單元LCU屏等機(jī)旁屏。副廠(chǎng)房總共分四層，其中副廠(chǎng)房一、二層全長(zhǎng)32.9m。第一層寬7.142m，位于796.55m高程，高4.63m（由副廠(chǎng)房第二層和安裝間同高來(lái)決定），布置發(fā)電機(jī)主引出線(xiàn)、勵(lì)磁變、干式廠(chǎng)用變等；另外在本層還布置了儀器儀表室和樓梯間。第二層位于801.11m高程，與安裝間同高，寬7.142m。該層布置有中控室、35kV高關(guān)柜室、通信室及其他功能室，如布置了過(guò)道及搬運(yùn)能道。副廠(chǎng)房第三、四層全長(zhǎng)為10.88m，第三層為電纜夾層，寬7.142m，位于806.38m高程，本層高3.05m。第四層是6.3kV高壓開(kāi)關(guān)柜室，寬7.142m，位于809.43m高程，本層高3.95m。發(fā)電機(jī)出線(xiàn)采用銅母線(xiàn)，主變低壓側(cè)采用敞開(kāi)式硬母線(xiàn)。主變壓器布置在副廠(chǎng)房右端且緊靠副廠(chǎng)房的801.11m高程上，運(yùn)輸方便。

5 結(jié)束語(yǔ)

在水電站電氣一次設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行綜合比較，優(yōu)選符合工程特性的主接線(xiàn)方案尤為重要，采用先進(jìn)功能齊全自動(dòng)化水平較高的電氣一次設(shè)備，不僅可以提高水電站發(fā)變電的安全可靠性，同時(shí)可以有效減少水電站發(fā)變電設(shè)備占地面積，確保水電站投資建設(shè)具有較高的技術(shù)可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。

作者簡(jiǎn)介：張飛躍（1987-），漢，本科，助理工程師，主要從事水利水電電氣工程設(shè)計(jì)工作。