潭嶺水電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計分析研究

陳麗娜

(廣東珠榮工程設(shè)計有限公司，廣州 510000)

1 工程概況

潭嶺水電廠位于清遠(yuǎn)市連州市星子鎮(zhèn)潭源洞水上，是一個以發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉等綜合利用的大(2)型水電站工程。

潭嶺水電廠水庫大壩于1965年動工，1966年10月底完工。水庫樞紐建筑物包括混凝土重力壩、泄洪底孔、發(fā)電進(jìn)水口、引水隧洞、調(diào)壓井、高壓引水鋼管及地下廠房和開關(guān)站等。水庫大壩坐落在連江上游星子水支流潭源洞水中游，水庫總庫容1.765億m3，正常蓄水位643m，正常庫容1.485億m3，死水位623m，屬多年調(diào)節(jié)水庫。于1970年2月竣工投產(chǎn)，水輪發(fā)電機組設(shè)計水頭458m，裝機37.5MW(3×12.5MW)。

潭嶺水庫大壩壩體內(nèi)設(shè)置兩個直徑為2.2m、長34.32m的泄洪孔和錐形閥及兩扇檢修閘門。泄洪錐形閥進(jìn)口中心高程為618.0m，出口中心高程為613.0m，兩錐形閥最大泄洪量為132.0m3/s。

潭嶺水電廠進(jìn)水口設(shè)在水庫大壩左岸，引水隧洞及高壓鋼管全長約2400m，直徑為2m。發(fā)水電站房為地下式結(jié)構(gòu)，布置在大壩下游左岸，潭源洞水河道左側(cè)山體內(nèi)。現(xiàn)廠房內(nèi)裝有3臺QJ-L-170/2×15型沖擊式水輪發(fā)電機組，總裝機容量為3×12.5MW，三臺機組最大過流量為9.75m3/s。

2 電氣一次設(shè)計

2.1 接入電力系統(tǒng)

潭嶺水電廠于1965年開始興建，1969年4月第一臺機組并網(wǎng)1發(fā)電，1970年10月3#機組并網(wǎng)發(fā)電。電廠年設(shè)計發(fā)電量為1.43億kW時，實際多年平均發(fā)電量為1.6011億kW時。電站目前裝機為3×12500kW，共37500kW。電站現(xiàn)有兩條110kV出線，分別是潭水線和潭山線，潭水線2010年8月投入運行，導(dǎo)線型號LGJX—240/55，線路全長36.9km，允許電流610A；潭山線2009年9月投入運行，導(dǎo)線型號LGJ—240/40，線路全長8.6km，允許電流610A，此二回架空上網(wǎng)線目前運行情況良好。電站擴容增效后裝機為3×15000kW，共45000kW，年小時數(shù)為4045h。潭嶺電站增容改造后電站接入電力系統(tǒng)方式維持不變。

2.2 主接線方案及其運行方式

潭嶺電站目前發(fā)電機電壓側(cè)接線方式為3個發(fā)電機-變壓器組單元接線，升高電壓110kV側(cè)為單母線接線。電站增容改造后，主接線方案不變。

2.3 廠用電及近區(qū)供電

目前電站有兩臺廠用變壓器，廠用變壓器41TA和42TA通過隔離開關(guān)分別接于1B、2B變壓器低壓側(cè)和3B變壓器低壓側(cè)。

改造后廠用容量增加，但接線方式不變，仍采用單位母線分段接線，機端電機從6.3kV變?yōu)?0.5kV，原兩臺廠用變壓器必須更換。

發(fā)電機容量增大，機組的輔助設(shè)備容量相應(yīng)加大，廠用電容量也增加。電站3臺機組同時運行或只有3#機組運行時，廠用電由42TA供電，當(dāng)1#或2#機組運行或1#、2#機組同時運行時，由TA41供電。廠用電0.4kV側(cè)為為單母線分段接線，且兩臺低壓側(cè)進(jìn)線開關(guān)設(shè)備用電源自投裝置[1-2]。

電站設(shè)工作照明和事故照明。工作照明由站用電低壓柜引至各照明箱供電。事故照明由直流電源供電，在高壓配電室、主廠房、開關(guān)站、中控室、廠變及母線廊道等設(shè)事故照明燈。

2.4 電氣一次設(shè)備選擇

2.4.1 短路電流計算

本階段僅根據(jù)所選擇的主變參數(shù)及估計的主機資料，系統(tǒng)最大運行方式下短路阻抗為18.57Ω，最小運行方式下阻抗為30.77Ω，進(jìn)行了短路電流估算。圖中F1、F2、F3為本電站3臺水輪發(fā)電機。結(jié)合以上資料對電氣主接線方案進(jìn)行了不同短路點的短路電流計算，系統(tǒng)主接線圖等效阻抗圖詳見圖1，系統(tǒng)最大運行方式短跑電流計算成果表詳見表1。

圖1 系統(tǒng)主接線圖等效阻抗圖

表1 系統(tǒng)最大運行方式短跑電流計算成果表(基準(zhǔn)容量Sj=100MVA)

2.4.2 電氣一次設(shè)備改造內(nèi)容

1)發(fā)電機：

三臺發(fā)電機已運行四十多年，定子、轉(zhuǎn)子絕緣老化；發(fā)電機定子部分測溫探頭損壞無法修理更換，這些嚴(yán)重威脅著電站的安全運行。

本次改造更換三臺發(fā)電機，發(fā)電機容量由原來的12.5MW，增加到15MW，機端電壓由6.3kV升至10.5kV。

2)主變壓器：

潭嶺電站現(xiàn)有主變壓器三臺，其中有2臺型號為SF15000/110，15000kVA，121±2×2.5%/6.3kV，一臺型號為SF16000，16000kVA，121±2×2.5%/6.3kV，由于主變已經(jīng)運行多年，損耗和維修量較大。

目前市面上主要有S9和S11兩個系列變壓器，S11變壓器空載損耗比S9小20%-35%，節(jié)能效果顯著；空載電流比S9下降70%-85%，改善電網(wǎng)供電質(zhì)量，線路損耗和噪音水平更低，過載能力增強；變壓器溫升低。本次設(shè)計電站主變更換為S11節(jié)能型變壓器。

3)廠用變及近區(qū)變：

電站現(xiàn)有二臺廠用變，型號為SJ-240/6。SJ系列配電變壓器是我國六十年代的產(chǎn)品，該變壓器本身的損耗很大，不符合當(dāng)前節(jié)能的要求，是屬于應(yīng)淘汰的產(chǎn)品。根據(jù)《農(nóng)村水電增效擴容改造項目機電設(shè)備選用指導(dǎo)意見》中變壓器應(yīng)選用S11及以上節(jié)能型，廠內(nèi)設(shè)備無油化。

本次設(shè)計更換兩臺廠用變，選用SCB11系列節(jié)能型干式變壓器作為廠變。電廠1#和2#機組發(fā)電機時，合上一臺母聯(lián)開關(guān)，斷開另一邊母聯(lián)開關(guān)，廠用電由41TA供電；當(dāng)只有3#機組與發(fā)電機時，由42TA提供廠用電源。

電廠近區(qū)供電負(fù)荷為大壩和生活區(qū)用電，電源接自發(fā)電機端，經(jīng)S7-1000，10/6.3kV近區(qū)變供電。電站改造后發(fā)電機端電壓為10.5kV，近區(qū)供電直接取自母線供電，取消近區(qū)供電變壓器。

電站還從地區(qū)3#線接入一回10kV進(jìn)線，作為備用電源，在電廠不發(fā)電時，地區(qū)電網(wǎng)可倒送電至電廠[3-4]。

4)110kV設(shè)備：

機組增容后電流增大，三臺主變高壓側(cè)電流互感器一次電流均不能滿足要求，必需更換。

電站110kV避雷器均為閥型SIC避雷器。目前市面上廣泛使用的氧化鋅避雷器由于結(jié)構(gòu)簡化，動作響應(yīng)快、耐多重雷電過電壓或操作過電壓作用、能量吸收能力大、耐污穢性能好，且金屬氧化鋅避雷器保護性能優(yōu)于閥型碳化硅避雷器，已在逐步取代閥型碳化硅避雷器，適合于中性點有效接地的110kV及以上電網(wǎng)。

5)高壓開關(guān)柜：

電站目前仍使用的是GG-1A(F)固定式開關(guān)柜，雖然柜內(nèi)少油開關(guān)陸續(xù)更換為真空開關(guān)，但此柜型內(nèi)元件布置不甚合理、母線裸露在柜頂，安全性、可靠性較差；且此柜型已為淘汰柜型，不利于電廠實現(xiàn)計算機監(jiān)控的無人值班，少人值守的管理方式。

電廠改造后高壓開關(guān)柜選用XGN2-12箱型固定金屬封閉式開關(guān)柜，其結(jié)構(gòu)合理，操作簡單，安全、可靠性高，“五防”性能好，柜內(nèi)選用ZN28-12真空斷路。

6)母線及電纜：

電站主副廠房內(nèi)電纜布置混亂，高壓電纜、動力電纜和控制電纜全堆在一起，有的電纜絕緣老化，部分動力電纜超期使用，屬于淘汰產(chǎn)品，存在較大安全隱患；一些電纜放置于母線洞地面，洞壁滲水使電纜腐蝕嚴(yán)重。更換電纜型號為YJV22和VV22。電站重要回路采用耐火型電纜。

三臺主變至開關(guān)站的高壓引線(包括避雷線)老化，開關(guān)站110kV母線線徑不足，導(dǎo)線老化。

7)廠用電設(shè)備：

目前電站0.4kV低壓開關(guān)柜的型號為PGL2，柜內(nèi)均為熔絲和隔離開關(guān)保護，設(shè)備均屬于淘汰產(chǎn)品。0.4kV低壓開關(guān)柜全部更換為MNS型低壓抽屜式組合開關(guān)柜，內(nèi)裝體積小、開斷容量大、可靠性高的框架式智能空氣斷路器或塑殼斷路器。

動力配電箱、照明配電箱均為40年前產(chǎn)品，已老化，更換并增設(shè)EPS事故照明裝置。

2.4.3 主要電氣設(shè)備技術(shù)參數(shù)

主要電氣設(shè)備技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 主要電氣設(shè)備技術(shù)參數(shù)表

續(xù)表2 主要電氣設(shè)備技術(shù)參數(shù)表

2.5 過電壓保護及接地

本次設(shè)計不改變的主廠房結(jié)構(gòu)，原廠房及戶外配電裝置都設(shè)有防直擊雷設(shè)施，本次設(shè)計不作改動。開關(guān)站原避雷針位置和高度不變。

為了防止侵入雷電波對電氣設(shè)備的危害，在電站110kV出線、高壓開關(guān)柜內(nèi)內(nèi)裝設(shè)氧化鋅避雷器，在低壓母線上裝設(shè)低壓防雷器，以保護電氣設(shè)備的安全。

電站工作接地、保護及安全接地共用一個總的接地系統(tǒng)，按規(guī)定所有電氣設(shè)備金屬外殼及非電氣設(shè)備金屬管路外露部分均應(yīng)接地。重新測量避雷針接地和全廠接地電阻，要求接地電阻<1Ω，如不符合相關(guān)規(guī)范要求，增加敷設(shè)人工地網(wǎng)[5]。

3 結(jié) 語

文章結(jié)合潭嶺水電廠工程對水電站的電氣一次系統(tǒng)設(shè)計分析研究，基于實際情況選擇電氣設(shè)備布置方式，涉及接入電力系統(tǒng)、主接線方案及其運行方式、廠用電及近區(qū)供電、電氣一次設(shè)備選擇、過電壓保護及接地等方面。針對上述問題的研究與分析，有助于提高水電站整體運行的效率、保證水電站正常運行，是利用技術(shù)優(yōu)勢解決經(jīng)濟效益問題的有利方式。文章可以作為典型案例，作為其他水電站項目電氣一次系統(tǒng)設(shè)計參考。