溪洛渡水電站直流電源系統(tǒng)設計簡介

李 伶 尹競洲

（中國水電顧問集團成都勘測設計院，四川 成都 610072）

0 引言

溪洛渡水電站是以發(fā)電為主，兼有攔沙、防洪和改善下游航運等綜合效益的巨型水電站。其位于云南省昭通市和四川省涼山州交界的金沙江下游河段，是國家“西電東送”和西部大開發(fā)的重點工程。左、右兩岸各布置一座地下廠房，各裝機9臺，單機容量77萬k W，是金沙江下游河段梯級開發(fā)中的第3級電站，工程規(guī)模在國內(nèi)僅次于三峽電站。電站于2005年12月正式開工，2013年7月首批機組發(fā)電，2013年底完成12臺機組投運，2014年7月全部機組將建成投產(chǎn)。左岸電站主送國家電網(wǎng)，右岸電站主送南方電網(wǎng)。

1 電站對直流系統(tǒng)提出的要求

作為重要機電設備（如斷路器等）的操作、控制及信號電源，直流系統(tǒng)在電站中起著至關(guān)重要的作用。溪洛渡水電站裝機臺數(shù)多，單機容量大，在電力系統(tǒng)中地位非常重要，對直流電源系統(tǒng)提出了以下要求：（1）為確保電站各機電設備的安全與系統(tǒng)穩(wěn)定，要求直流電源系統(tǒng)非?？煽亢头€(wěn)定。（2）電站包括左、右岸地下廠房、進水口、地面集控樓、大壩等樞紐區(qū)域，地理范圍廣且布置相對分散，對直流系統(tǒng)提出了分區(qū)域多套設置的要求，以滿足各分散布置且相對集中的機電設備對電源的要求。（3）電站按照“無人值班”（少人值守）的原則設計，且位于偏遠山區(qū)，直流設備的設置和選型應充分考慮自動化程度高、維護少等要求。

2 電站機電設備布置簡介

電站主要由大壩、泄洪、引水和發(fā)電等建筑物組成，包括左、右岸2個電站，且呈對稱布置。需由直流系統(tǒng)供電的機電設備主要布置在以下部位：（1）左、右岸地下廠房。主要由主／副廠房、母線洞、主變室、GIS開關(guān)站、出線豎井等組成，分別布置有9臺水輪發(fā)電機組、9臺主變壓器及1套500 k V GIS開關(guān)設備，每臺機組間距約35 m。在副廠房設有地下監(jiān)控室，布置有監(jiān)控本岸電站的二次設備。根據(jù)地下廠房的土建布置和上述機電設備的布置特點，分別在主廠房端頭的安裝間下、副廠房及主變室的中間機組段位置，設置有10 k V廠用電的3個電源點。（2）左、右岸進水口。主要建筑物包括9臺機組的引水閘室和附近的1個10 k V配電點（廠外配電中心）。（3）壩區(qū)樞紐。含大壩壩體和各泄洪閘，機電設備主要包括各泄洪閘門的啟閉機系統(tǒng)和相關(guān)配套系統(tǒng)。（4）地面集中控制樓。為全廠的集中控制管理區(qū)域，設有全廠中控室、計算機室、通信室及各行政管理辦公室等，需由直流系統(tǒng)供電的機電設備主要包括大樓10 k V／400 V配電系統(tǒng)、各綜合自動化系統(tǒng)裝置盤等。

3 直流電源系統(tǒng)的配置

直流電源的配置與機電設備的布置密切相關(guān)。根據(jù)上述設備的分布特點，為滿足電站可靠穩(wěn)定運行要求，應力求滿足以下配置原則：（1）分散設置，相對集中。該方式可縮小直流電源的供電范圍，減小電源故障或檢修時的波及面，從而有效提高電源系統(tǒng)可靠性。（2）冗余配置。對主要設備的控制、保護電源采用冗余配置，每套電源系統(tǒng)設置雙組蓄電池、雙組充電機，對重要部位設置3組充電機，以滿足大容量、超高壓設備的供電需求。（3）由于地下洞室事故照明負荷較重，不考慮由直流系統(tǒng)供電，設置獨立的EPS應急電源系統(tǒng)，從而避免了相互干擾，進一步提高了本電站直流系統(tǒng)的可靠性。

根據(jù)上述原則，左、右岸電站及集控樓共設置11套直流電源系統(tǒng)，均由許繼電源有限公司（下簡為許繼公司）成套提供，分別為：（1）左（右）岸安裝間下部電源系統(tǒng)，共2套，供電對象包括安裝間側(cè)公用設備及廠用電系統(tǒng)；1?！?＃（16＃～18＃）機組操作控制電源，包括機組控制、保護、勵磁、調(diào)速器，機組輔助設備等。（2）左（右）岸主變室電源系統(tǒng)，共2套，供電對象包括主變室公用設備及廠用電系統(tǒng)；4?！?＃（13?！?5＃）機組操作控制電源，包括機組控制、保護、勵磁、調(diào)速器，機組輔助設備等。（3）左（右）岸地下副廠房電源系統(tǒng)，共2套，供電對象包括副廠房公用設備及廠用電系統(tǒng)；7＃～9＃（10?！?2＃）機組操作控制電源，包括機組控制、保護、勵磁、調(diào)速器，機組輔助設備等。（4）左（右）岸500 k V開關(guān)站直流電源系統(tǒng)，共2套，供電對象包括500 k V開關(guān)站設備操作、保護及控制電源以及開關(guān)站的其他公用設備。（5）左（右）岸進水口直流電源系統(tǒng)，共2套，供電對象包括進水口廠用電、快速閘門及公用設備操作、保護及控制電源等。（6）控制管理樓直流電源系統(tǒng)，共1套，供電對象包括集控樓廠用電及公用設備操作、保護及控制電源。

4 直流系統(tǒng)負荷統(tǒng)計

根據(jù)計算，各直流系統(tǒng)負荷統(tǒng)計如下（單套）：安裝間和主變室電源系統(tǒng)的經(jīng)常負荷均為135 A，事故負荷均為176 A；副廠房系統(tǒng)稍大，經(jīng)常負荷和事故負荷分別為196 A和237 A；開關(guān)站系統(tǒng)則分別為64 A和104 A；進水口和集控樓負荷較小，分別為41 A／41 A和18 A／18 A。

5 直流設備選擇

5.1 充電裝置的選擇

溪洛渡水電站充電裝置選用許繼公司自行生產(chǎn)的高頻開關(guān)整流模塊（ZZG23-40 A或20 A），并采用N＋1方式并聯(lián)配置。由于電站重要負荷多，除進水口和集控樓采用冗余配置外，其他系統(tǒng)的高頻開關(guān)模塊均采用三重配置。當一組高頻開關(guān)模塊故障時，可用第3組（或另一組）高頻開關(guān)模塊帶這段故障母線。

根據(jù)計算的充電電流，各套充電裝置配置如下：安裝間、主變室、副廠房和開關(guān)站均配置3套充電裝置，每套均按N＋1方式配置，分別配有6×40 A、6×40 A、8×40 A和4×40 A的充電模塊；進水口和集控樓由于負荷較小，均配置2套充電裝置，按N＋1方式配置，每套分別配有4×20 A和2×20 A的充電模塊。

5.2 直流系統(tǒng)電壓及蓄電池的選擇

電站直流系統(tǒng)統(tǒng)一采用DC220 V電壓，考慮到進水口和集控樓負荷較小，單體電池電壓選擇12 V，17只，其他系統(tǒng)單體電壓均采用2 V，103只。本工程均選用原裝進口德國荷貝克膠體電池。由于重要負荷較多，蓄電池采用冗余配置，2組蓄電池分別帶Ⅰ段和Ⅱ段母線，當電池故障時，可用1組蓄電池同時帶2段母線。

經(jīng)計算，各系統(tǒng)蓄電池均采用雙套配置，每組容量選擇情況如下：安裝間600 Ah，主變室600 Ah，副廠房800 Ah，開關(guān)站350 Ah，進水口150 Ah，集控樓110 Ah。

6 系統(tǒng)組成及組屏方案

每套直流電源系統(tǒng)組成：2組閥控式密封鉛酸蓄電池；3套充電裝置（進水口及集控樓為2套）；主饋電及分電裝置及相應的微機絕緣監(jiān)視裝置WZJ-21（每段直流母線1套）；2套微機監(jiān)控裝置WZCK-23、保護器具、監(jiān)視儀表及報警信號。

每套直流電源系統(tǒng)組屏方案：3塊充電盤（進水口及集控樓為2塊）、2塊主饋電裝置盤、6塊機組分電盤（每臺機組2塊，開關(guān)站、進水口及集控樓無機組分電盤）。除集控樓直流系統(tǒng)蓄電池組屏（2面）安裝外，其他系統(tǒng)均采用支架安裝。

7 直流母線接線形式

主饋電盤采用單母線分段接線方式，2段直流母線間設聯(lián)絡開關(guān)。其中2臺充電裝置分別固定接于Ⅰ、Ⅱ段母線，第3臺充電裝置跨接于2段母線之間。2段母線聯(lián)絡運行時有閉鎖措施防止2組蓄電池并聯(lián)運行。蓄電池按浮充方式運行。

機組分電盤直流系統(tǒng)采用單母線接線，2回進線，主用輸入電源取自主饋電裝置盤Ⅰ段，備用輸入電源取自主饋電裝置盤Ⅱ段，2路進線互為閉鎖，當主用輸入電源故障時，手動切換到備用輸入電源回路。

對電站所有負荷，直流電源均采用星型方式饋電。

8 結(jié)語

作為電站的重要設備，溪洛渡直流電源系統(tǒng)在各機電設備的控制、操作及信號回路中起著至關(guān)重要的作用，目前11套直流系統(tǒng)已隨首批機組的發(fā)電全部投運且運行良好。希望本文的介紹能為相關(guān)人士提供參考。