庫什塔依水電站電氣主接線設(shè)計(jì)

俞永輝

（新疆伊犁庫克蘇河水電開發(fā)有限公司，新疆 伊犁 835500）

1 電站概況

庫什塔依水電站總裝機(jī)容量100 MW，共4臺(tái)機(jī)，其中2臺(tái)15 MW，2臺(tái)35 MW。根據(jù)電力系統(tǒng)要求，庫什塔依水電站以220 kV一級(jí)電壓接入系統(tǒng)，220 kV出線4回，上游KKE水電站及MTGE水電站串接后以220 kV電壓等級(jí)匯流至該電站，上游KZKL水電站以110 kV電壓等級(jí)接入該電站。庫什塔依水電站作為所在河流流域電站的匯流站，其接線方式對系統(tǒng)穩(wěn)定和安全運(yùn)行有較大影響 ，結(jié)合系統(tǒng)對電站電氣主接線的要求，確定電站電氣主接線選擇的基本遵循原則為 “安全、可靠、接線簡單、運(yùn)行靈活和經(jīng)濟(jì)合理”。

2 發(fā)電機(jī)與變壓器組合方式的選擇

庫什塔依水電站裝機(jī)容量為 2×15 MW+2×35 MW。2臺(tái)小機(jī)組單機(jī)容量較小，在系統(tǒng)中占比重較低，若采用擴(kuò)大單元接線，其接線簡單、清晰，主變及高壓側(cè)進(jìn)線間隔少，設(shè)備投資小，當(dāng)主變故障或檢修時(shí)，不會(huì)對系統(tǒng)有沖擊。因此主要針對2臺(tái)大機(jī)組就發(fā)電機(jī)與變壓器組合方式進(jìn)行比較，共提出3種接線方案，示意圖如圖1所示。

（1）方案一，單元接線，2臺(tái)大機(jī)組均采用單元接線，2臺(tái)小機(jī)組采用擴(kuò)大單元接線。單元接線發(fā)電機(jī)與變壓器一一對應(yīng)，接線最簡明、清晰，運(yùn)行靈活可靠，繼電保護(hù)簡單，運(yùn)行維護(hù)工作量小，單一元件故障影響范圍小。采用單元接線主變與高壓側(cè)進(jìn)線間隔較方案二、方案三均增加2個(gè)，不利于高壓側(cè)進(jìn)線布置，投資與擴(kuò)大單元接線相比增加200萬元左右。

（2）方案二，擴(kuò)大單元接線，2臺(tái)大機(jī)組和2臺(tái)小機(jī)組均采用擴(kuò)大單元接線。擴(kuò)大單元接線簡單、清晰，運(yùn)行較靈活可靠，繼電保護(hù)簡單。與單元接線相比，主變及高壓側(cè)進(jìn)線間隔數(shù)量減少2回，有利于簡化高壓側(cè)進(jìn)線布置，降低設(shè)備投資。任何一臺(tái)機(jī)組停機(jī)，不影響廠用電源供電。庫什塔依水電站單機(jī)容量不大，在系統(tǒng)中所占比重較小，即使兩臺(tái)大機(jī)組同時(shí)停機(jī)，對系統(tǒng)穩(wěn)定也不會(huì)造成大的沖擊，能夠確保系統(tǒng)穩(wěn)定。該方案投資相對最低。主變壓器或其相應(yīng)高壓側(cè)設(shè)備故障、檢修時(shí)，兩臺(tái)機(jī)組容量受阻。與單元接線相比，擴(kuò)大單元接線方式發(fā)電機(jī)短路電流較大，相應(yīng)發(fā)電機(jī)出口斷路器的開斷容量增大。單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)主變負(fù)載損耗較大。

（3）方案三，聯(lián)合單元接線，2臺(tái)大機(jī)組采用聯(lián)合單元接線，2臺(tái)小機(jī)組采用擴(kuò)大單元接線。主變高壓側(cè)進(jìn)線間隔比單元接線少兩個(gè)，有利于簡化高壓側(cè)接線形式，投資較方案一接線少60萬元；主變高壓進(jìn)線間隔設(shè)備故障或檢修影響兩臺(tái)機(jī)組出力，對系統(tǒng)影響較大；一臺(tái)主變檢修或故障，接于本單元的全部機(jī)組需短時(shí)停電，通過隔離開關(guān)操作后，另一機(jī)組仍可繼續(xù)投入運(yùn)行，這與擴(kuò)大單元相比具有一定靈活性。主變高壓側(cè)SF6母線需進(jìn)行聯(lián)合，增加了布置面積；繼電保護(hù)較為復(fù)雜。投資與擴(kuò)大單元接線相比增加190萬元左右。

圖1 電氣主接線10.5 kV側(cè)方案技術(shù)比較

經(jīng)方案比較及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析論證，兩組擴(kuò)大單元接線投資最省，且接線簡單、清晰，運(yùn)行較靈活可靠，繼電保護(hù)簡單。機(jī)變組采用擴(kuò)大單元接線方式，完全滿足本電站供電可靠性、調(diào)度靈活性以及安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。因此推薦發(fā)電機(jī)電壓側(cè)采用方案二，即兩組擴(kuò)大單元接線。

3 220 kV母線接線方式的選擇

結(jié)合本工程具體情況，經(jīng)過詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，220 kV高壓側(cè)配電裝置推薦采用GIS方案。在此基礎(chǔ)上選擇單母線接線、單母線分段接線、雙母線接線3種方案進(jìn)行分析比較，如圖2所示。

圖2 220 kV母線接線方式

（1）方案一，單母線分段接線。單母線分段接線簡單、清晰，便于擴(kuò)建；采用設(shè)備少，投資省，布置簡單；繼電保護(hù)簡單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化遠(yuǎn)動(dòng)化；任一單元故障只影響本單元，其他單元能正常運(yùn)行。但若母線及所連接的設(shè)備檢修或故障時(shí)，會(huì)造成全廠停電及下游哈拉軍水電站電能無法送出。

（2）方案二，單母線接線。單母線接線方式的接線最為簡單清晰、運(yùn)行方便；采用設(shè)備最少、造價(jià)最低、便于擴(kuò)建；繼電保護(hù)簡單，采用GIS設(shè)備占地面積小，運(yùn)行可靠性高，運(yùn)行工作量小，抗震性強(qiáng)，不受外界環(huán)境影響。但是當(dāng)母線及相連接件故障時(shí)，全廠電能及流域其他電站無法送出；可靠性、靈活性較低，備用間隔建設(shè)時(shí)，電站需全廠停電。

（3）方案三，雙母線接線。雙母線接線方式其中一組母線及所連接設(shè)備檢修或故障，不影響另一母線供電，將故障母線所連接回路切換至另一母線后即可恢復(fù)供電，可靠性、靈活性高，出線靈活；擴(kuò)建方便。但隔離開關(guān)數(shù)量較多，其切換過程較復(fù)雜，易引起誤操作；故障節(jié)點(diǎn)增加，母聯(lián)開關(guān)故障時(shí)全廠短時(shí)停電；設(shè)備造價(jià)最高。

根據(jù)上述各接線的優(yōu)缺點(diǎn)比較，結(jié)合本電站的具體情況及電力公司的意見，庫什塔依水電站作為樞紐電站，電站的運(yùn)行可靠性要求很高。單母線分段接線完全能滿足本電站安全運(yùn)行的要求，故220 kV出線側(cè)推薦采用單母線分段接線。

4 110 kV與220 kV兩級(jí)電壓之間的聯(lián)絡(luò)

110 kV與220 kV兩級(jí)電壓之間的聯(lián)絡(luò)有升壓自耦變、聯(lián)絡(luò)自耦變和普通三卷變等3種方案可供選擇。為了有利于限制短路電流，減少變壓器重復(fù)容量，庫什塔依電站110 kV與220 kV兩級(jí)電壓之間的聯(lián)絡(luò)采用普通三卷變方案。

5 廠用電電源的接線

根據(jù)電氣主接線推薦方案，由于發(fā)電機(jī)出口短路電流比較大，10 kV廠用電電氣設(shè)備的選擇比較困難，庫什塔依電站選10 kV廠用電源接線形式為：自兩臺(tái)主變壓器低壓側(cè)10.5 kV母線各引一回，經(jīng)隔離變壓器至10 kV饋電母線I段和II段，自饋電母線I、II段各接1臺(tái)容量為630 kV·A的廠用變壓器，為全廠提供廠用電源并作為全廠第一電源點(diǎn)。電站運(yùn)行中，110 kV系統(tǒng)倒送作為全廠第二電源點(diǎn)。廠用電系統(tǒng)設(shè)置1臺(tái)315 kW柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急備用電源。

廠用電源供電方式采用10 kV和0.4 kV兩級(jí)電壓。為保證供電可靠性，10 kV母線分為2段，每段均能實(shí)現(xiàn)備用電源自投；0.4 kV母線分為2段，分別由2臺(tái)10/0.4 kV廠變接入，兩段0.4 kV母線之間要求實(shí)現(xiàn)備用電源自投。

壩區(qū)距廠房約2 km，為保證水利樞紐工程壩區(qū)各閘房用電的可靠性，在壩區(qū)設(shè)置一臺(tái)400 kV·A 10 kV/0.4 kV箱式變電站，并由電廠內(nèi)10 kV廠用電母線Ⅰ段和Ⅱ段各饋出一回。根據(jù)泄洪閘門啟閉機(jī)容量 （溢洪道弧形工作閘門18.5 kW，導(dǎo)流兼泄洪洞弧形工作閘門啟閉機(jī)功率55 kW）估算，配柴油發(fā)電機(jī) （容量為200 kW）作為備用電源。

由于庫什塔依水電站所在地冬季漫長寒冷，設(shè)置一臺(tái)容量為630 kV·A的采暖變壓器，接于廠內(nèi)10 kV廠用電母線Ⅰ段。

［1］ 水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊編寫組.水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊.電氣一次［M］.北京：水利電力出版社，1982年.

［2］ SDJ 173—85 水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］ DL/T 5164—2002 水力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)規(guī)程［S］.

［4］ 阮全榮.大型水電站電氣主接設(shè)計(jì)研究［J］.水電電氣，2000，141（3）:4-9.

［5］ 李定中.我國水電開發(fā)與機(jī)電設(shè)備現(xiàn)狀及未來課題 ［J］.水電電氣， 2002， 123（1）:11-14.

［6］ 水利水電電氣信息網(wǎng).水電站電氣主接線圖冊［M］.北京：中國水利電力出版社，2004.