雙山五級(jí)站增容改造主接線比選及經(jīng)驗(yàn)推廣

臧煒穎 孫世勇

（吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 吉林長(zhǎng)春 130021）

1 工程概況

雙山五級(jí)水電站位于吉林省長(zhǎng)白朝鮮族自治縣境內(nèi)十九道溝河上，在十九道溝村上游3km處，本電站為引水式開發(fā)地面式廠房。電站附近有長(zhǎng)白縣至松江河的公路通過，廠房距縣城13km，交通方便。電站以1回66kV出線T接于66kV雙長(zhǎng)線路送至長(zhǎng)白縣城變電所，接入本縣電力網(wǎng)。

雙山五級(jí)水電站原裝機(jī)容量2520kW，多年平均發(fā)電量 1131×104kW·h。水庫正常蓄水位903.42m，死水位 902.12m，為日調(diào)節(jié)水庫。雙山五級(jí)水電站增容規(guī)模為裝機(jī) 1臺(tái)，單機(jī)容量1250kW。水輪機(jī)型號(hào)：HL-WJ-53，發(fā)電機(jī)型號(hào)：SFW1250-6/1180。增容后電站總裝機(jī)容量達(dá)到3770kW。

2 主接線方案

擬三個(gè)主接線方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

2.1 方案一

電站增加 1臺(tái)以電帶燃機(jī)組裝機(jī) 1250kW，為達(dá)到該機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電條件，拆除重建當(dāng)前出線間隔，增加1600kVA變壓器1臺(tái)及變壓器間隔1回，增設(shè) 7.2kV高壓開關(guān)柜 7面，增設(shè)100kVA/6.3/0.4kV站用變1臺(tái)，拆除重建母線門型構(gòu)架4個(gè)，拆除重建30米避雷針1根。

2.2 方案二

電站增加 1臺(tái)以電帶燃機(jī)組裝機(jī) 1250kW，為達(dá)到該機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電條件，拆除重建當(dāng)前出線間隔，增加1600kVA變壓器1臺(tái)及變壓器間隔1回，增設(shè) 7.2kV高壓開關(guān)柜 7面，增設(shè)100kVA/6.3/0.4kV站用變1臺(tái)，拆除重建母線門型構(gòu)架4個(gè)，拆除重建30米避雷針1根。將原有2臺(tái)S7型主變壓器拆除新建1臺(tái)S10型變壓器及重建相應(yīng)變壓器間隔1回。

2.3 方案三

電站增加1臺(tái)以電帶燃機(jī)組裝機(jī)1250kW，為達(dá)到該機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電條件，拆除重建當(dāng)前出線間隔，將原有2臺(tái)S7型主變壓器拆除新建1臺(tái)S10型變壓器及重建相應(yīng)變壓器間隔1回。增設(shè)7.2kV高壓開關(guān)柜9面，拆除重建母線門型構(gòu)架3個(gè)。

2.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如下：

（1）機(jī)組運(yùn)行情況（所有工況以電代燃機(jī)組優(yōu)先運(yùn)行）：

一臺(tái)機(jī)運(yùn)行時(shí)間：1.5個(gè)月（1200小時(shí)）

二臺(tái)機(jī)運(yùn)行時(shí)間：1個(gè)月（720小時(shí)）

三臺(tái)機(jī)運(yùn)行時(shí)間：2個(gè)月（1440小時(shí)）

四臺(tái)機(jī)運(yùn)行時(shí)間：1個(gè)月（720小時(shí)）

五臺(tái)機(jī)運(yùn)行時(shí)間：6.5個(gè)月（4680小時(shí)）

（2）設(shè)備價(jià)格：

KYN28高壓柜：8萬元，S10-100/6.3/0.4kV電力變壓器：3.2萬元，S10-1600/63/6.3kV電力變壓器：25萬元，S10-5000/63/6.3kV電力變壓器：44萬元，S10-3150/63/6.3kV電力變壓器：32萬元，66kV間隔總造價(jià)：60萬/回，30m避雷針拆除重建費(fèi)用：5萬，66kV母線門型構(gòu)架拆除重建費(fèi)用：5萬/個(gè)。

變壓器參數(shù)見表1：

表1 變壓器參數(shù)表

變壓器年電能損失費(fèi)用：

其中：FB—變壓器年電能損失費(fèi)用，萬元；PB—通過變壓器的總?cè)萘浚琸VA；Pn—變壓器的額定容量，kVA；PDL—變壓器的短路損耗，kW；PKZ—變壓器的空載損耗，kW；n—運(yùn)行中相同容量變壓器臺(tái)數(shù)；τ—最大功率損耗時(shí)間，(與電站利用小時(shí)數(shù)及機(jī)組功率因數(shù)有關(guān))h；由于本次比選系按照機(jī)組分時(shí)段運(yùn)行，假定分段運(yùn)行時(shí)間段內(nèi)負(fù)荷恒定，故τ=t；t—變壓器運(yùn)行小時(shí)數(shù)；D—每度電價(jià)，元(按照電站上網(wǎng)電價(jià)0.392/kW·h)。

3 方案比選

3.1 方案一

電站增加 1臺(tái)以電帶燃機(jī)組裝機(jī) 1250kW，為達(dá)到該機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電條件，拆除重建當(dāng)前出線間隔，增加1600kVA變壓器1臺(tái)及變壓器間隔1回，增設(shè) 7.2kV高壓開關(guān)柜 7面，增設(shè)100kVA/6.3/0.4kV站用變1臺(tái)，拆除重建母線門型構(gòu)架4個(gè)，拆除重建30米避雷針1根。

3.1.1 新建部分設(shè)備總投資（萬元）

Z=25+8×7+60×2+20+5+3.2=229.2萬元

3.1.2 新建部分折舊維修費(fèi)(萬元)

折舊維修費(fèi)率取14%，X=Z×14%=0萬元（因改造工程該值取三方案的差值，以投資最小者為基準(zhǔn))。

3.1.3 電能損失費(fèi)(萬元)

T1=1200小時(shí) τ1=1200小時(shí)（1臺(tái)機(jī)運(yùn)行時(shí)間）

3.1.4 年運(yùn)行費(fèi)(萬元)

F1= FB+X=11.0845+0=11.08萬元

3.1.5 計(jì)算費(fèi)用(萬元)(效果系數(shù)取0.125-0.15,本次計(jì)算取0.14)

Fj1= F1+ PH×Z1=11.08+0.14×0=11.08萬元

3.2 方案二

電站增加 1臺(tái)以電帶燃機(jī)組裝機(jī) 1250kW，為達(dá)到該機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電條件，拆除重建當(dāng)前出線間隔，增加1600kVA變壓器1臺(tái)及變壓器間隔1回，增設(shè) 7.2kV高壓開關(guān)柜 7面，增設(shè)100kVA/6.3/0.4kV站用變1臺(tái)，拆除重建母線門型構(gòu)架4個(gè)，拆除重建30米避雷針1根。將原有2臺(tái)S7型主變壓器拆除新建1臺(tái)S10型變壓器及重建相應(yīng)變壓器間隔1回。

3.2.1 新建部分設(shè)備總投資（萬元）

Z=25+8×7+60×3+20+5+32=318萬元

3.2.2 新建部分折舊維修費(fèi)(萬元)

折舊維修費(fèi)率取14%：

X=Z×14%=（318-229.2）×14%=12.432萬元

3.2.3 電能損失費(fèi)(萬元)

T1=1200小時(shí) τ1=1200小時(shí)（1臺(tái)機(jī)運(yùn)行時(shí)間）

3.2.4 年運(yùn)行費(fèi)(萬元)

F1= FB+X=11.0916+12.432=23.528萬元

3.2.5 計(jì)算費(fèi)用(萬元)(效果系數(shù)取0.125-0.15，本次計(jì)算取0.14)

Fj1=F1+PH×Z1=23.528+0.14×88.8=35.96萬元

3.3 方案三

電站增加 1臺(tái)以電帶燃機(jī)組裝機(jī) 1250kW，為達(dá)到該機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電條件，拆除重建當(dāng)前出線間隔，將原有2臺(tái)S7型主變壓器拆除新建1臺(tái)S10型變壓器及重建相應(yīng)變壓器間隔1回。增設(shè)7.2kV高壓開關(guān)柜9面，拆除重建母線門型構(gòu)架3個(gè)。

3.3.1 新增部分設(shè)備總投資（萬元）

Z=44+8x8+60x2+15=243萬元

3.3.2 新增部分折舊維修費(fèi)(萬元)(折舊維修費(fèi)率取14%)

X=Z×14%=(243-229.2)×14%=1.932 萬元

3.3.3 電能損失費(fèi)(萬元)

3.3.4 年運(yùn)行費(fèi)(萬元)

F1= FB+X=8.3857+1.932=10.289萬元

3.3.5 計(jì)算費(fèi)用(萬元)(效果系數(shù)取0.125-0.15,本次計(jì)算取0.14)

3.4 主接線技術(shù)比較結(jié)論

主接線比較表見表2：

表2 主接線比較表 單位:萬元

從表2可見：方案一和方案三的計(jì)算費(fèi)用基本相當(dāng)，優(yōu)于方案二；方案三在滿足可靠性和經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，對(duì)老機(jī)組機(jī)端電壓部分也進(jìn)行了改造，使得電站設(shè)備完好率得到飛躍式的增長(zhǎng)，這是方案一和方案二所無法比擬的，故推薦方案三為選定方案。

4 結(jié)論

4.1 選定方案

綜合上述對(duì)比，選定方案接線簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，變壓器損耗小，節(jié)能效果明顯，滿足電站可靠性。運(yùn)行管理方面更為集中化、規(guī)范化、操作維護(hù)簡(jiǎn)化。

選定方案：電站增加1臺(tái)以電帶燃機(jī)組裝機(jī)1250kW，為達(dá)到該機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電條件，拆除重建當(dāng)前出線間隔，將原有2臺(tái)S7型主變壓器拆除新建1臺(tái)S10型變壓器（5000kVA）及重建相應(yīng)變壓器間隔1回。改造和新建7.2kV高壓開關(guān)柜9面，拆除重建母線門型構(gòu)架4個(gè)。

4.2 經(jīng)驗(yàn)推廣

由于這些年來電網(wǎng)容量不斷增加，電網(wǎng)穩(wěn)定性逐年增加，每座小型水電站在電網(wǎng)中的比重越來越小，每座小型水電站自身的投退對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的影響微乎其微。傳統(tǒng)觀念重點(diǎn)考慮主接線的靈活可靠，往往采用單母線分段多臺(tái)主變并列運(yùn)行的方式，防止主變或母線故障時(shí)保證電站不完全停機(jī)，從而保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著電氣設(shè)備制造工業(yè)水平的不斷提高以及現(xiàn)場(chǎng)施工工藝的不斷提高，目前小型電站主變壓器及母線故障率非常低，不應(yīng)再作為影響主接線可靠性的主要原因。本工程增容改造是采用了單母線接線通過一臺(tái)主變送出的方式，接線最為簡(jiǎn)單，戶外設(shè)備少，運(yùn)行維護(hù)方便。這種接線方案最大的問題是當(dāng)枯水季節(jié)少量機(jī)組運(yùn)行時(shí)是否造成較大變損的現(xiàn)象，就像很多人提出的變壓器不能“大馬拉小車”一樣。由于變壓器損耗中空載損耗所占比例很小，與變壓器負(fù)載率的平方成正比，通過上述計(jì)算可見，“大馬拉小車”未必引起變壓器損耗增加，從某種程度上還能減少變壓器損耗，考量變壓器損耗應(yīng)結(jié)合電站運(yùn)行特性負(fù)載損耗綜合計(jì)算。通過本電站增容改造案例可總結(jié)出規(guī)律性的經(jīng)驗(yàn)：在電網(wǎng)發(fā)育比較強(qiáng)大的地區(qū)，小型水電站主接線方案應(yīng)以接線簡(jiǎn)單為主，兼顧靈活損耗最低的主導(dǎo)思想，在可能的情況下盡量減少主變壓器臺(tái)數(shù)。

1 小型水電站（電氣一次）. 戴樹梅主編.