石橋水電站電氣主接線方案設(shè)計(jì)與選擇

吳海東

(遼寧省農(nóng)村水電及電氣化發(fā)展中心，遼寧沈陽(yáng)110003)

1 概 述

水電站主接線是反映水電站發(fā)電主設(shè)備即發(fā)電機(jī)出口的接線形式，決定著運(yùn)行方式和電站的供電安全可靠性，也能反映出電氣一次主設(shè)備的型號(hào)、容量、電壓等級(jí)等，其主要是由斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、互感器、避雷器、發(fā)電機(jī)等電氣設(shè)備按照一定的順序連接而成的；它是水電站電氣設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，也是組成電力系統(tǒng)的重要部分。

石橋水電站工程位于遼寧省東部山區(qū)，愛(ài)河干流上游主河道上，是1座以發(fā)電為主的徑流式小型水電工程。電站開(kāi)發(fā)方式為河床式，壩址處設(shè)計(jì)水平年多年平均流量為73.27 m3/s。電站總裝機(jī)容量為9 600 kW，安裝3臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)設(shè)計(jì)流量為62.88 m3/s，設(shè)計(jì)水頭5.8 m。電站多年平均發(fā)電量為2 136萬(wàn)kW·h，機(jī)組平均年利用小時(shí)數(shù)為2 225 h。

2 方案比選的必要性

考慮石橋水電站附近地形相對(duì)復(fù)雜，電力系統(tǒng)對(duì)電站的要求以及當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的實(shí)際情況，電站主接線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，其主接線方案比選主要考慮以下3方面因素：

(1)可靠性。安全運(yùn)行可靠是水電生產(chǎn)的主要工作，因此主接線的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，其設(shè)計(jì)要首先保證電力生產(chǎn)的安全可靠。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，除對(duì)主接線形式進(jìn)行定性外，對(duì)于比較重要的水電站需要進(jìn)行定量分析和計(jì)算。

(2)靈活性。主要包括操作的方便性、調(diào)度的方便性和擴(kuò)建的方便性。主接線應(yīng)能適應(yīng)各種工況，并能根據(jù)各種工況進(jìn)行靈活轉(zhuǎn)換；而且應(yīng)能保證運(yùn)行時(shí)安全可靠地供電，并保證無(wú)論在系統(tǒng)正常運(yùn)行還是故障或設(shè)備檢修時(shí)都能進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控。

(3)經(jīng)濟(jì)性。主要考慮節(jié)省投資，減少占地面積和降低能耗三個(gè)方面。主接線設(shè)計(jì)時(shí)，主要是平衡可靠性和經(jīng)濟(jì)性兩方面需要。要想使主接線可靠、靈活，則很可能導(dǎo)致建設(shè)成本增加。因此，必須從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)兩方面綜合考慮，在滿足供電可靠、運(yùn)行靈活方便的同時(shí)，盡可能使建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用減少。

3 主接線擬定方案與選擇

3.1 接線方案

按照接線簡(jiǎn)單、技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠、操作方便、節(jié)省投資等原則要求，該電站發(fā)電機(jī)采用6.3 kV低壓出線，采用66 kV電壓等級(jí)接入電力系統(tǒng)，通過(guò)一回線路與系統(tǒng)并網(wǎng)。根據(jù)本工程的具體情況，初步擬定3個(gè)電氣主接線方案進(jìn)行比較。

(1)方案一。3臺(tái)SF11—4000/66變壓器，與3臺(tái)發(fā)電機(jī)分別組成3組發(fā)電機(jī)—變壓器單元，變壓器高壓側(cè)經(jīng)開(kāi)關(guān)與66 kV母線相連接，66 kV母線為不分段單母線，一回66 kV出線。1臺(tái)SCB11—500/6.3主廠用變壓器接于發(fā)電機(jī)出口側(cè)。

(2)方案二。6.3 kV發(fā)電機(jī)母線為單母線，不分段，3臺(tái)發(fā)電機(jī)經(jīng)開(kāi)關(guān)接于母線上，通過(guò)2臺(tái)SF11—8000/66變壓器將6.3 kV升至66 kV與電力系統(tǒng)相連接。升高電壓側(cè)為單母線不分段，一回66 kV出線。1臺(tái)SCB11—500/6.3主廠用變壓器接于6.3 kV母線上。

(3)方案三。6.3 kV發(fā)電機(jī)母線為單母線，不分段，3臺(tái)發(fā)電機(jī)經(jīng)開(kāi)關(guān)接于母線上，通過(guò)1臺(tái)SF11—12500/66變壓器將6.3 kV升至66 kV與電力系統(tǒng)相連接。升高電壓側(cè)為一回66 kV出線。1臺(tái)SCB11—500/6.3主廠用變壓器接于6.3 kV母線上。

3.2 方案比選

各方案按照可靠性、靈活性及經(jīng)濟(jì)性三個(gè)原則進(jìn)行比較，其中：可靠性和靈活性通過(guò)對(duì)方案接線方式、設(shè)備數(shù)量、裝置布置難易程度及故障率等進(jìn)行比較；設(shè)備經(jīng)濟(jì)比較方面計(jì)算了設(shè)備折舊費(fèi)、電能損耗費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)及綜合投資等(見(jiàn)表1)。

表1 主接線方案經(jīng)濟(jì)比較

方案一接線簡(jiǎn)單明了，運(yùn)行可靠靈活、故障影響小、繼電保護(hù)簡(jiǎn)單、盤柜數(shù)量少，是較為優(yōu)秀的方案。缺點(diǎn)是在交叉故障時(shí)有一部分電能無(wú)法送出，主變壓器數(shù)量增多，投資略高。

方案二運(yùn)行靈活，任一臺(tái)主變及發(fā)電機(jī)故障時(shí)，另一臺(tái)主變可以將其余2臺(tái)發(fā)電機(jī)的電能送入系統(tǒng)。由于主變?nèi)萘坑幸欢ㄔ６?，降低了主變的功率損耗及運(yùn)行溫度。缺點(diǎn)是母線故障時(shí)，影響發(fā)電。

方案三接線簡(jiǎn)單、設(shè)備少、投資省、運(yùn)行靈活、維護(hù)方便。缺點(diǎn)是當(dāng)惟一的1臺(tái)主變故障時(shí)，影響全廠發(fā)電。

3.3 推薦方案

經(jīng)過(guò)以上比較，方案二的占地面積、設(shè)備投資及年運(yùn)行費(fèi)等指標(biāo)都較方案一優(yōu)秀，在技術(shù)上同樣可行；方案三的占地面積、設(shè)備投資及年運(yùn)行費(fèi)等指標(biāo)都較方案二優(yōu)秀，但在運(yùn)行方面，若方案三僅有的1臺(tái)主變及相關(guān)設(shè)備故障或檢修，將影響電站全部容量送出。綜上所述，方案二與方案一、方案三比較，在技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)秀，可作為選定方案。

4 主要電氣設(shè)備選擇

主要電氣設(shè)備依據(jù)技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行維護(hù)方便等原則進(jìn)行選擇，并符合有關(guān)規(guī)程、規(guī)范要求。電氣設(shè)備的技術(shù)參數(shù)按正常工作的條件進(jìn)行選擇，按不同短路情況進(jìn)行校驗(yàn)，初選以下主要電氣設(shè)備：

(1)主變壓器。選用SF11—8000/66，為三相油浸風(fēng)冷銅線雙繞組無(wú)載調(diào)壓變壓器，額定容量8 000 kVA。

(2)66 kV高壓斷路器。選用性能較高的LW35—72.5型SF6斷路器。

(3)66 kV高壓隔離開(kāi)關(guān)。選用GW5型電動(dòng)操作帶接地刀閘和輔助接點(diǎn)的隔離開(kāi)關(guān)。

(4)66 kV戶外避雷器。選用保護(hù)性能好的HY10WZT—90/235金屬氧化鋅避雷器。

(5)66 kV電流互感器。選用LGB1—66W2型干式電流互感器，具有技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、維護(hù)方便的特點(diǎn)。

(6)66 kV電壓互感器。選用JDQX6—66W1型電壓互感器。

(7)高壓開(kāi)關(guān)柜。選用KYN23—12(Z)型鎧裝移開(kāi)式交流金屬封閉開(kāi)關(guān)柜，內(nèi)裝有VS1—7.2型真空斷路器；此種開(kāi)關(guān)柜基礎(chǔ)較為簡(jiǎn)單，便于施工。

(8)廠用電低壓開(kāi)關(guān)柜。選用GGD型交流低壓配電柜，具有運(yùn)行可靠、電氣方案靈活、實(shí)用性強(qiáng)、防護(hù)等級(jí)高等特點(diǎn)。