新化縣車田江水庫管理處建軍一級電站電氣改造技術(shù)闡述

劉輝勇（新化縣車田江水庫管理處 婁底市 417600）

新化縣車田江水庫管理處建軍一級電站電氣改造技術(shù)闡述

劉輝勇
（新化縣車田江水庫管理處 婁底市 417600）

車田江水庫管理處建軍一級電站位于新化縣溫塘鎮(zhèn)，是一個(gè)農(nóng)村小水電電站，目前正在進(jìn)行電氣化改造。文章介紹了該電站的布局和電氣化改造的內(nèi)容，探討直流電源供電的可靠性，能夠確保機(jī)組設(shè)備的安全運(yùn)行。

電站 電氣化改造 電氣設(shè)備 自動(dòng)化 技術(shù)

1 電站與電力系統(tǒng)的連接

電站位于新化縣溫塘鎮(zhèn)四維村油溪河畔，距縣城64 km，屬油溪河流域梯級開發(fā)第四級，電站設(shè)計(jì)水頭151 m，設(shè)計(jì)流量3.12 m3/s，原裝機(jī)2×1 600 kW，現(xiàn)根據(jù)增效擴(kuò)容要求，改為裝機(jī)2×2 000 kW，多年平均發(fā)電量1 690.41萬kW·h，年平均利用小時(shí)4 226 h。

根據(jù)電站所處地理位置及裝機(jī)規(guī)模，其中建軍一級電站擔(dān)負(fù)水系的調(diào)峰作用，因建軍二、三級電站位于建軍一級電站下游2 km處，其可以利用建軍一級電站的尾水和油溪河的水發(fā)電，根據(jù)電站的地理結(jié)線，裝機(jī)和送電距離等特點(diǎn)，依據(jù)小水電并網(wǎng)的原則：“技術(shù)可靠、運(yùn)行靈活、經(jīng)濟(jì)節(jié)省”和地方電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃。通過12.88 km 35 kV線路在新化縣吉慶變電站并入地方電網(wǎng)。其中導(dǎo)線采用LGJ—120，具體接入系統(tǒng)詳見圖1。

2 電氣主接線

（1）電氣主接線。該電站地處偏僻山區(qū)，無近區(qū)負(fù)荷，站址處地形狹窄，電氣設(shè)備布置及進(jìn)出線走廊都受到一定限制，故盡量簡化接線。其中建軍一級電站主變壓器采用二臺(tái)三相雙卷風(fēng)冷變壓器，型號為S11-2500/38.5-6.3，為使主接線布置簡單和節(jié)約投資，35 kV和6 kV母線都采用單母線接線，另外由于輸電線路有的架設(shè)在高山之上，故在電站增設(shè)溶冰變1臺(tái)。電站電氣主接線圖都采用單母線接線方式，以便于分期建設(shè)和擴(kuò)展。電氣主接線圖詳見圖1。

（2）配電方式。發(fā)電機(jī)出線后，經(jīng)電纜進(jìn)入發(fā)電機(jī)開關(guān)柜，由發(fā)電機(jī)開關(guān)柜關(guān)入6.3 kV母線，通過電纜進(jìn)入戶外升壓站主變壓器，升壓后由穿套管引入主變壓35 kV開關(guān)柜，進(jìn)入35 kV匯流母線，再經(jīng)線路開關(guān)柜后，由穿套管引至35 kV戶外構(gòu)架，送入電網(wǎng)和各用戶供電。

（3）廠用電。一級電站廠用電源系由兩臺(tái)分別聯(lián)于6 kV母線和35 kV母線上的兩臺(tái)廠用電變壓器來供給，兩臺(tái)廠用電變壓器互為備用，每臺(tái)廠用變均可帶全廠負(fù)荷。廠用低壓母線采用單母線斷路器分段的接線方式，采用三相五線制系統(tǒng)，中性點(diǎn)直接接電，廠用電是可靠的。

廠用電負(fù)荷較小，主要用電為調(diào)速器油泵，直流系統(tǒng)供電和排水泵，最大單機(jī)負(fù)荷10kW，總裝機(jī)為28kW。這些設(shè)備都是斷續(xù)運(yùn)行，檢修負(fù)荷15kW。生活區(qū)負(fù)荷最大20kW。所以選變壓器容量為50kVA。

（4）近區(qū)供電。近區(qū)用電負(fù)荷主要是農(nóng)村居民照明用電，電站附近無重要的、用電量多的用戶發(fā)展。為降低工程造價(jià)減少投資，一級電站不設(shè)近區(qū)供電系統(tǒng)。

圖2 等值網(wǎng)絡(luò)圖

3 主要電氣設(shè)備

根據(jù)技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，運(yùn)行維護(hù)簡方便的原則進(jìn)行電氣設(shè)備的選擇，設(shè)備選擇采用“自動(dòng)化、智能化、無油化、少維護(hù)”的產(chǎn)品，主要電氣設(shè)備選擇均采用國產(chǎn)已定型設(shè)備。

（1）短路電流計(jì)算。為正確地選擇電器設(shè)備，設(shè)計(jì)配電裝置，整定繼電保護(hù)，并有限制短路電流措施，應(yīng)進(jìn)行短路電流計(jì)算。

為使計(jì)算簡單，取并網(wǎng)點(diǎn)容量為無窮大，這樣計(jì)算雖然短路電流偏大，但對設(shè)備選擇并無多大影響，根據(jù)已確定電站的主接線，作等值網(wǎng)絡(luò)圖如圖2。

等值網(wǎng)絡(luò)圖的簡化見圖3。

計(jì)算35 kV母線、6 kV母線的三相短路電流，計(jì)算成果表如下：

（2）開關(guān)柜選擇。高低壓配電裝置均采用戶內(nèi)成套開關(guān)柜，6 kV開關(guān)柜采用JYN12-10內(nèi)鎧裝移開式金屬封閉開關(guān)柜。35 kV開關(guān)采用KYN10-35（Z）戶內(nèi)鎧裝移開式金屬封閉開關(guān)柜，以減少占地面積和方便維護(hù)。以上兩種開關(guān)柜均具有防止誤操作斷路器。防止帶負(fù)荷推拉手車，防止帶電接地線，防止帶地線送電和防止誤入帶電間的五防功能。

圖3 等值網(wǎng)絡(luò)圖的簡化圖

表1 短路電流計(jì)算成果表

（3）電壓、電流互感器選擇。油浸電壓、電流互感器都有不同程度的漏油現(xiàn)象，當(dāng)互感器油壓降到一定程度時(shí)，會(huì)發(fā)生噴油現(xiàn)象，所以本站選用無油的電壓、電流互感器，10 kV、35 kV互感器均采用環(huán)氧樹脂混合澆注干式互感器，均采用雙變比，雙級次，以滿足不同運(yùn)行方式的需求，其它電氣設(shè)備選擇見表2。

表2 電氣設(shè)備選擇表

（4）防雷與接地。由于本站控制保護(hù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中弱電設(shè)備較多，這些設(shè)備對防雷接地系統(tǒng)提出了更高的要求，為此電站安裝了多基戶外避雷針，可以很好地防止直擊雷的侵入。但感應(yīng)雷卻是弱電系統(tǒng)最大的破壞者。為防止直擊雷對設(shè)備和人身安全的危害，電站采用了2基30 m避雷針，2基24 m避雷針。防范感應(yīng)雷采用短接技術(shù)、屏蔽、隔離、絕緣方式來削弱雷電感應(yīng)電壓。采用壓抑制技術(shù)，設(shè)置避雷器、電抗器、電容器、電感線圈、瞬間電壓抑制元件，對瞬間出現(xiàn)的浪涌電壓起到分流箝位作用，有效降低感性元件產(chǎn)生的高壓脈沖，從而保護(hù)設(shè)備。接地系統(tǒng)分為避雷針接地和設(shè)備所需的保護(hù)接地及工作接地。接地極埋設(shè)要求在土建施工時(shí)，充分利用主廠清基打入接地極，以及自然接地體一次埋設(shè)，同時(shí)，土建各部分鋼筋需要電焊接地，職業(yè)采用單獨(dú)的接地，與工作地在地中距要求3 m以上。為了降低接地電阻，接地極可灌入高效接地樹指，可以大幅度降低接地電阻。

4 綜合自動(dòng)化

（1）水電站自動(dòng)化。根據(jù)本電站運(yùn)行方式特點(diǎn)，和電力系統(tǒng)對水電站自動(dòng)化要求等因素，水電站自動(dòng)化選用無人值班或少人值守控制方式。這種控制方式能完成如下功能：

控制室能以一個(gè)指令完成機(jī)組開機(jī)、并網(wǎng)或停機(jī)，發(fā)電，事故時(shí)能應(yīng)能自動(dòng)停機(jī)；運(yùn)行工況集中監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)對全站的重要運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)巡回檢測和登記，適應(yīng)遠(yuǎn)程化的要求。

（2）測量、控制、保護(hù)系統(tǒng)。采用微機(jī)保護(hù)和微機(jī)運(yùn)動(dòng)技術(shù)，主體設(shè)計(jì)思想采用完全分層分布式結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能模塊、保護(hù)智能化、傻瓜式操作界面。繼電保護(hù)采用交流采樣技術(shù)，可方便地實(shí)現(xiàn)諧波分析、故障錄波、小電流接地選擇線等功能，實(shí)現(xiàn)了電站二次設(shè)備全微機(jī)化，簡化了電站的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試及維護(hù)工作。

保護(hù)、控制采用一對一微機(jī)保護(hù)控制單元與主控機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊。發(fā)電機(jī)保護(hù)配置縱差、低壓閉鎖、過流、過電壓、勵(lì)磁消失、轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地5套保護(hù)，采用控制模塊，組成主保護(hù)和后保護(hù)2個(gè)保護(hù)控制單元?？刂圃O(shè)遠(yuǎn)方和近方兩種控制方式。

電氣測量采用模塊，完成采集、計(jì)算、顯示監(jiān)控和處理發(fā)電機(jī)三相的電壓、電流、有功功率、無功功率，有功電度、無功電度、功率因數(shù)。發(fā)電機(jī)定子線圈、定子鐵芯的測溫采用智能溫度巡檢儀。

繼電保護(hù)為了使機(jī)組正常運(yùn)行，防止短路，接地、斷線、過負(fù)荷、非同期運(yùn)行對設(shè)備的損壞，保證在事故下能有選擇性，快速地、靈敏地切除故障部分，設(shè)有縱差、過電壓、低電壓、閉鎖過流、復(fù)合過電壓，發(fā)電機(jī)定子測溫，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)，主變設(shè)有瓦斯及溫度保護(hù)。

（3）同期系統(tǒng)公用屏。同期操作采用自動(dòng)準(zhǔn)同期主手動(dòng)準(zhǔn)同期二種方式，準(zhǔn)同期回路裝設(shè)防止非同步合閘的閉鎖裝置。采用SIF—2C型發(fā)電機(jī)線路復(fù)用微機(jī)同期控制器，全部同期點(diǎn)都共用這套控制器。

（4）信號。信號系統(tǒng)包括位置狀態(tài)信號和事故及故障信號位置及狀態(tài)信號按下列內(nèi)容裝設(shè)。

（5）直流系統(tǒng)。本工程設(shè)直流系統(tǒng)，電站的控制、保護(hù)、信號、自動(dòng)裝置、綜合自動(dòng)化均采用直流系統(tǒng)供電，復(fù)式整流裝置改為帶WPS的微機(jī)控制，增加火情測控裝置以及自動(dòng)滅火裝置的蓄電池直流系統(tǒng)，采用蓄電池直流系統(tǒng)代替原硅整流直流系統(tǒng)，設(shè)置充電屏一塊，采用免維護(hù)蓄電池組，通過對直流系統(tǒng)的改造，可消除原直流電源在系統(tǒng)事故，機(jī)組自動(dòng)停機(jī)的情況下，直流電源同時(shí)消失的缺陷。提高直流電源供電的可靠性，確保機(jī)組設(shè)備的安全運(yùn)行。

[1]劉啟榮.水電站機(jī)電設(shè)施設(shè)備技術(shù)改造探討[J].湖南水利水電，2014，（5）.

[2]李向東.小型水電站技術(shù)改造規(guī)程 [J].中南水力發(fā)電，2015，（1）.

2016-06-20）

劉輝勇（1975-），男，湖南新化人，大學(xué)?？?，主要從事水電規(guī)劃管理工作。