亭子口電站廠用電系統(tǒng)優(yōu)化改造及可靠性分析

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

亭子口水利樞紐是嘉陵江干流開發(fā)中唯一的控制性工程，樞紐是以防洪、灌溉、城鄉(xiāng)供水及發(fā)電為主，兼顧航運，并具有攔沙減淤等效益的綜合利用工程。電站裝設(shè)4臺單機額定為275MW的水輪發(fā)電機組，以500kV電壓等級接入四川電網(wǎng)。亭子口電站是川東地區(qū)的重要電源點和蓄能水庫，在電網(wǎng)中主要承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，開停機比較頻繁，對廠用電系統(tǒng)的可靠性要求較高。本文主要介紹電站專業(yè)人員對廠用電系統(tǒng)的優(yōu)化改造：停用了原容量大、系統(tǒng)復(fù)雜的110kV施工變電站，就近接入地方電網(wǎng)容量較小的負(fù)荷作為應(yīng)急保安電源，省下原備用電源使用維護產(chǎn)生的大量費用。同時結(jié)合廠房、大壩柴油發(fā)電機組系統(tǒng)優(yōu)化改造，廠用電系統(tǒng)的可靠性大大加強。

1 原廠用電系統(tǒng)組成及正常運行方式

亭子口水利樞紐廠用電系統(tǒng)由15.75kV廠高變、10kV輸配電設(shè)備以及400V輸配電設(shè)備等構(gòu)成。4臺發(fā)電機出口15.75kV電源分別經(jīng)由四臺廠用高壓變壓器降壓至10kV輸入對應(yīng)的廠內(nèi)10kV Ⅰ段～Ⅳ段。大壩用電10kV Ⅰ、Ⅱ段母線電源取自廠內(nèi)10kV Ⅱ、Ⅳ段母線；升船機用電10kV Ⅰ、Ⅱ段母線電源取自廠內(nèi)10kV Ⅰ、Ⅲ段母線。110kV施工變電站有兩回備用電源通過809、810開關(guān)送至廠用10kV Ⅰ段、Ⅳ段母線。正常運行方式下，廠用10kV Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段母線分段運行，各段母線電源取自相應(yīng)機變單元廠高變。外來電源開關(guān)809、810作為備用電源。亭子口電站400V廠用電系統(tǒng)由19臺廠用低壓變壓器、廠內(nèi)柴油發(fā)電機、大壩柴油發(fā)電機及相應(yīng)配電單元組成。一級配電中心11個：機組自用電、公用電、照明電、大壩用電、升船機用電、尾水箱式變、左右灌渠箱式變。正常方式下廠用400V系統(tǒng)分段運行，各備自投半自動方式。廠房柴油發(fā)電機可向機組1/2號機組自用電、Ⅰ組公用電、照明電供電，大壩柴油發(fā)電機只能向大壩400V母線供電，柴油發(fā)電機組的容量均為800kW。

2 存在問題及解決辦法

原廠用電系統(tǒng)共有三路電源點，正常運行時通過主變低壓側(cè)經(jīng)廠高變降壓供廠用10kV運行，110kV施工變電站作為備用電源，廠內(nèi)柴油發(fā)電機為事故備用。110kV施工變電站為亭子口電站基建施工而設(shè)立，設(shè)計施工高峰年供電量超3000萬kW·h。施工期結(jié)束后，施工變電站絕大多數(shù)負(fù)荷已退出運行，僅剩下右岸魚類增殖站、左岸辦公營、水廠等幾處較小負(fù)荷，2017年供電量不到200萬kW·h。但110kV施工變電站及線路每年僅維護費用就超過300萬元，而且需要運行人員長期值守；110kV變電站及線路等主要電氣設(shè)備常年輕載甚至空載運行，產(chǎn)生大量的損耗，估計每年空載消耗約50萬kW·h；施工變電站電源按工業(yè)用電計費，購電成本超過0.83元/kW·h，整個施工變電站2017年供電成本價超過2.5元/kW·h；備用電源僅在事故或者500kV主變停送電時短時使用，閑置率極高；原廠房、大壩柴油發(fā)電機分別供給廠用400V、大壩400V兩個獨立的系統(tǒng)，且廠房柴油發(fā)電機組只能向400V1/2號機組自用電供電。發(fā)生事故時如廠房柴油發(fā)電機組故障或1/2號機組故障不能開機，將無法實現(xiàn)電廠的黑啟動，同理如遇極端天氣或突發(fā)事件廠用電全停，大壩柴油發(fā)電機故障無法啟動，將影響大壩泄洪設(shè)施的運行，直接危及大壩及廠房安全。綜合上述情況，從節(jié)約資金成本、人力成本和增加供電可靠性考慮，決定在保證廠用電安全可靠的前提下對廠用電系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，引入新的備用電源，將左右岸零星負(fù)荷接入電廠廠用電系統(tǒng)，110kV施工變電站退出運行。

3 具體實施方案

3.1 外來電源改造實施方案

首先確認(rèn)在施工變附近的10kV地方電網(wǎng)引入備用電源，新建10kV架空線路約300m，利用施工變電站至廠用10kV外來備用電源電纜將新的備用電源接入廠內(nèi)。其次是備用容量選取，由于地方電網(wǎng)10kV供電容量較小，專業(yè)人員在核算備用容量時主要考慮機組黑啟動所需負(fù)荷，同時也兼顧緊急情況下表、底孔泄洪閘門啟閉和廠內(nèi)滲漏排水泵運行。最終確定通過一臺300kVA箱式變壓器接入廠內(nèi)柴油發(fā)電機組出口母排，利用廠內(nèi)柴油發(fā)電機組出口母排至廠內(nèi)400V各母線的電纜向廠內(nèi)400V供電。

3.2 廠內(nèi)、大壩柴油發(fā)電機供電優(yōu)化

本次改造從廠內(nèi)柴油發(fā)電機出口母排刀閘下端敷設(shè)一根電纜接入大壩400V柴油發(fā)電機進線開關(guān)下端。將廠內(nèi)柴油發(fā)電機和大壩柴油發(fā)電機出口連接起來，形成外來安保電源、大壩和廠房柴油發(fā)電機互為備用的供電形式，同時新敷設(shè)廠房柴油發(fā)電機組至400V 3/4號機組自用電的電纜，事故情況下全廠所有機組均可以作為黑啟動備用機組。

3.3 魚類增殖站、水廠和辦公區(qū)域等電源改造

利用原大壩用電系統(tǒng)至左、右灌渠變電所的10kV電纜，在左岸電氣主干線新增四個分支負(fù)荷，第一分支負(fù)荷供電給大圓包增壓站、大壩保安營地；第二分支負(fù)荷從新建架空線路至水廠I段、Ⅱ段及水泵房，中間新增加線路桿塔；第三分支負(fù)荷供給業(yè)主生活營地、川檢項目部、七局金結(jié)項目部、永久機電倉庫，將原有多余的架空線路拆除；第四分支負(fù)荷通過抽水泵房10kV架空線路在大門崗?fù)ぬ帯癟”接至橋頭路燈處。利用大壩至右灌渠的電纜并新敷設(shè)約200m延長線，將原由110kV施工變電站所帶的負(fù)荷移至廠用電供電。

3.4 廠用電系統(tǒng)二次部分改造

取消了廠用10kV Ⅰ-Ⅳ段的兩套備自投裝置，對10kV外來電源進線開關(guān)、各10kV母線進線開關(guān)、母聯(lián)開關(guān)的閉鎖邏輯進行修改。解除10kV Ⅰ段進線開關(guān)801合閘、10kV Ⅰ-Ⅱ段母聯(lián)開關(guān)12合閘閉鎖10kV Ⅰ段外來電源進線開關(guān)809合閘控制邏輯；解除10kV Ⅰ段外來電源進線開關(guān)809合閘閉鎖10kV Ⅰ段進線開關(guān)801合閘控制邏輯；解除10kV Ⅰ段外來電源進線開關(guān)809合閘閉鎖10kV Ⅰ-Ⅱ段母聯(lián)開關(guān)12合閘控制邏輯。新增設(shè)10kV高壓雙電源互投裝置，在常用電源發(fā)生故障停電時，切換裝置可以完成與備用電源的快速自動切換，保證廠用電的可靠性和安全性。

圖1 外來保安電源改造(……部分為新增設(shè)備)

4 改造后的試驗及可靠性評估

4.1 效果評估

結(jié)合2017～2018年度檢修計劃，上述改造方案已完成。經(jīng)過試驗驗證，外來保安電源滿足機組黑啟動所需負(fù)荷，通過帶負(fù)荷試驗，外來保安電源滿足廠內(nèi)滲漏排水泵兩臺水泵運行，能夠有效降低廠用電全停時廠房滲漏集水井水位上升造成的水淹廠房事故發(fā)生概率。廠房柴油發(fā)電機通過新敷設(shè)的聯(lián)絡(luò)電纜帶大壩表孔泄洪閘門啟閉門試驗正常，廠房柴油發(fā)電機組帶大壩21壩段、27壩段、表孔消力池和底孔消力池排水泵運行試驗正常，同時大壩柴油發(fā)電機組倒送至廠內(nèi)400V母線黑啟動機組運行試驗正常。電站左、右岸零星負(fù)荷全部接入到廠用電系統(tǒng)供電，110kV施工變電站主變及線路已全部停電并注銷用戶。

4.2 可靠性分析

原廠用電系統(tǒng)有三個電源點，分別是經(jīng)廠高變降壓的系統(tǒng)電源、110kV施工變電站電源、廠內(nèi)柴油發(fā)電機電源。經(jīng)過優(yōu)化改造后的廠用電系統(tǒng)共四路電源點，一路是經(jīng)廠高變降壓的系統(tǒng)電源，為主用電源；二路為廠內(nèi)柴油發(fā)電機供電，為事故電源；三路為大壩柴油發(fā)電機倒送至廠內(nèi)400V供電，作為第二事故電源；四路為新接引的外來安保備用電源，作為緊急備用電源。相對于特殊情況下和極端天氣下系統(tǒng)故障的不可預(yù)知性，廠房、大壩柴油發(fā)電機組電源能夠提供更加可靠、可控的備用電源，改造后的廠用電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性得到大幅提升。

4.3 經(jīng)濟性分析

通過本次改造，以不到150萬元的一次性投入，每年可減少300萬元變電站及線路的維護費用。參照電站平均上網(wǎng)電價與工業(yè)用電購電價格約0.4元/kW·h的價差，使用自發(fā)電為廠區(qū)負(fù)荷供電每年可節(jié)約購電成本近百萬元。施工變電站及線路停運后，還可以減少原變電站值守人員6人，減低了公司的人力成本。停運后施工變電站作為亭子口公司教育培訓(xùn)基地，將以另外的方式創(chuàng)造新的價值。

5 結(jié)語

亭子口電站廠用電系統(tǒng)優(yōu)化改造方案的成功實施，有效提升了電站廠用電系統(tǒng)的可靠性，同時大幅降低了備用電源和左右岸負(fù)荷的購電成本，節(jié)約了公司人力成本，提升了設(shè)備的利用率，成為小改造創(chuàng)造大效益的典范。