奎屯河2#水電站電氣主接線及主要設備的選擇

袁 秀

（奎屯農(nóng)七師勘測設計研究院, 新疆 奎屯 833200）

新疆奎屯河東干渠2#水電站地處新疆312國道里程 4420km以北約 1.7km，北疆鐵路里程 250km南0.9km處。北據(jù)奎屯市9km。根據(jù)電網(wǎng)地理位置分布狀況，電站的供電范圍為農(nóng)七師供電區(qū)。農(nóng)七師電網(wǎng)夏季農(nóng)業(yè)用電負荷較高，可以充分利用水電夏季多發(fā)電的優(yōu)勢，解決夏季用電高峰需求。水電站在豐水期盡可能提高工作容量，最大限度地避免或減少棄水，規(guī)劃的水電站在電網(wǎng)中主要擔負基荷。

電站以 35kV電壓等級與農(nóng)七師電網(wǎng)連接，并且在發(fā)電機側設置直配線1回，給附近奎管處供電區(qū)供電。電站裝機3臺，單機2×3+1×1.5MW，總裝機7.5MW。設計水頭49.07m，保證出力1.18MW，年發(fā)電量為2042萬kW·h，年利用小時數(shù)為3647h。

1 接入電力系統(tǒng)方式

關于奎屯河東干渠2#水電站與電網(wǎng)的連接，根據(jù)奎管處供電區(qū)、農(nóng)七師電網(wǎng)現(xiàn)狀和電站廠址、機組容量在滿足于架空線路的電壓、容量、輸送距離的條件下，初步選定35kV電壓等級送電。

電站發(fā)電機出口電壓 10.5kV，發(fā)電機側 10kV直配線1回，送至附近10kV供電區(qū)，主變高壓側采用35kV電壓等級。該電站出線35kV線路1回送至西郊變的 35kV側，與農(nóng)七師電網(wǎng)連接。因考慮到后期奎屯河十級電站的開發(fā)，十級電站裝機約為4.8MW。電站建成后，其電能通過 35kV線路送至本次2#電站35kV母線，再通過2#電站35kV線路送至西郊變與農(nóng)七師電網(wǎng)連接。故本次 35kV出線導線截面選擇考慮為 LGJ-120/20mm2，線路長約10km。

2 電氣主接線方案

根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃，并結合本工程具體情況，考慮到供電的可靠性、靈活性，初選電站的1#發(fā)電機電壓側采用發(fā)變組接線，2#、3#發(fā)電機電壓側采用擴大單元接線，35kV高壓側采用單母線不分段接線。

根據(jù)奎屯河東干渠2#水電站所處地理位置，附近存在10kV供電區(qū)。因10kV供電區(qū)距西郊變相距較遠，約有 7km，從電網(wǎng)取電供電成本較高。且由于附近 10kV用電負荷變化比較平穩(wěn)，不會對發(fā)電機造成較大的沖擊電流，對發(fā)電機及其附屬設備不會造成威脅。所以，本次工程考慮從2#站發(fā)電機出口10.5kV側直接供電。

2.1 發(fā)電機電壓側接線

本電站裝機7.5MW（2×3+1×1.5MW）根據(jù)電站的機組臺數(shù)及裝機容量，發(fā)電機機端電壓確定為10.5kV。發(fā)電機電壓側接線選擇擴大單元接線+發(fā)變組接線和單母線接線、單元接線三種方案進行分析論證，論證見表1。

2.2 35kV側接線

35kV側采用單母線接線，35kV出線為一回，送至西郊變35kV側。戶外配電裝置大為簡化。35kV母線裝設一組電壓互感器和氧化鋅避雷器，滿足保護、測量和運行要求。35kV出線上裝設一臺單相電壓互感器，用于同期。

3 廠用電接線

根據(jù)各專業(yè)提供用電設備容量、數(shù)量及重要性，初選廠區(qū)用電變壓器兩臺，互為備用，單臺容量為200kVA。在推薦主接線方案中，一臺廠用變接在35kV母線上，另一臺接在擴大單元接線的發(fā)電機電壓母線上。

近區(qū)供電：主要有前池、渠首用電。本次工程前池及渠首為已有建筑物，附近已存在電源，采用就近原則，前池及渠首用電引自附近電源。

4 主要電氣設備選擇

4.1 設備選擇原則

1）必須滿足額定電壓、額定電流大于回路最高工作電壓和最大持續(xù)負荷電流。

2）必須滿足使用環(huán)境的要求。

3）按系統(tǒng)提的短路參數(shù)所算短路電流進行校驗。

4）盡量選用國產(chǎn)的通用型先進產(chǎn)品，在國產(chǎn)設備滿足不了要求時，可以少量進口必需的國外產(chǎn)品。

4.2 主要電氣設備選擇

根據(jù)以上設備選擇原則及使用條件的要求，對主要設備的型號及參數(shù)選擇如下：

1）主變壓器

根據(jù)主接線方案，奎屯河2#水電站機組容量分別為兩臺3.0MW，一臺1.5MW。一臺發(fā)電機與主變組成發(fā)變組接線，兩臺機組與一臺主變組成擴大單元接線。正常情況下考慮水電站功率先滿足附近10kV供電負荷需求，其余電量通過主變送至系統(tǒng)電網(wǎng)，但考慮事故情況下，若 10kV直配線出故障，機組滿負荷運行時，電量需全部送出，因此主變的選擇留有一定裕量。

根據(jù)公式：S=P∑/cosφ≤Sn

式中，S為所需變壓器容量，MVA；P∑為發(fā)電機總功率，MW；cosφ為發(fā)電機額定功率因數(shù)，取0.8；Sn為變壓器標準容量，MVA。

得出：奎屯河2#水電站，1#主變容量：S1=P∑/cosφ=3/0.8=3.75MVA

2#主變容量：S1=P∑/cosφ=（3.0+1.5）/0.8=5.625MVA

綜上，選定2臺變壓器，參數(shù)如下：

型號：S10-4000/35；

額定容量：4000kVA；

額定電壓：35/10.5kV；

阻抗電壓：UK=7%；

接線組別：Yd11。

型號：S10-6300/35；

額定容量：6300kVA；

額定電壓：35/10.5kV；

阻抗電壓：UK=7%；

接線組別：Yd11。

2）35kV配電裝置

35kV配電裝置選用戶外式斷路器，型號、參數(shù)如下：

型號：ZW8-40.5/1600-31.5；

額定電壓：35kV；

額定電流：1600A；

額定斷流容量：1600MVA；

額定開斷電流：31.5kA；

配用機構型號：CT彈簧操動機構。

3）發(fā)電機電壓配電裝置

發(fā)電機電壓配電裝置選用戶內式 KYN28A-12/1250型開關柜，其柜內真空斷路器型號、參數(shù)如下：

型號：VBG-12；

額定電壓：12kV；

額定工頻耐受電壓：42kV；

額定電流：1250A；

額定開斷電流：31.5kA；

3S熱穩(wěn)定電流：25kA；

配用機構型號：CT彈簧操動機構。

4）廠用變壓器及廠用低壓盤

廠用變壓器在此階段按總裝機容量的 3.0%考慮，初選為200kVA，兩臺。一用一備。

1#廠用變壓器

型號：S11-200/35；

額定容量：200kVA；

額定電壓：35/0.4kV；

阻抗電壓：UK=6%～7%；

接線組別：YYn0。

安裝地點：戶外35kV母線側。

2#廠用變壓器

型號：SC10-200/10.5；

額定容量：200kVA；

額定電壓：10.5/0.4kV；

阻抗電壓：UK=6%～7%；

接線組別：YYn0。

安裝地點：戶內10.5kV高壓開關柜內。

廠用配電盤選用技術性能好，運行可靠，維護方便的GCS型動力盤。

5 結論

本工程目前已正常投入運行，經(jīng)過幾年的實踐運行證明，該接線方案適合該電站的實際情況，并在運行中發(fā)揮了其重要特點，能滿足水電站安全可靠經(jīng)濟運行的要求。希望本文對致力于小水電建設的同行們提供一點經(jīng)驗，但隨著科技進步的發(fā)展，電氣設備不斷更新，更先進節(jié)能的產(chǎn)品不斷投入運行，以后的設計中電氣設備的選型還需改進，采用新型節(jié)能型產(chǎn)品，更好的讓水電站發(fā)揮好的經(jīng)濟效益。