水電站廠用電接線方式優(yōu)化分析

張 豫

(中國三峽集團(tuán)有限公司中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌443002)

某水電站是長江干流上修建的大型水電工程，它的廠用電系統(tǒng)包括樞紐生產(chǎn)用電、輔助生產(chǎn)用電、生活區(qū)用電及其他用電等。其中甲和乙區(qū)域樞紐生產(chǎn)用電、輔助生產(chǎn)用電、生活區(qū)用電及其他用電之間均有互聯(lián)，而甲區(qū)域和乙區(qū)域均有多個(gè)電源點(diǎn)，且相互聯(lián)絡(luò)關(guān)系復(fù)雜，存在安全隱患，影響樞紐用電的可靠性和安全性，導(dǎo)致調(diào)度困難，不利于停電檢修計(jì)劃的制定。

本次優(yōu)化設(shè)計(jì)針對(duì)水電廠廠用電系統(tǒng)存在的安全隱患，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改造，涉及的范圍為甲區(qū)域、乙區(qū)域變配電和二江電廠部分機(jī)組廠用電。甲區(qū)域優(yōu)化以甲變電站為供電中心，其供電范圍包括甲附近的工廠、生活區(qū)以及水廠等；乙區(qū)域優(yōu)化以三峽辦公大樓6 kV母線為供電中心，其供電范圍包括三峽辦公大樓、試驗(yàn)大樓、小學(xué)、宿舍樓等。

1 優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

本優(yōu)化設(shè)計(jì)項(xiàng)目根據(jù)業(yè)主需求，結(jié)合水電廠現(xiàn)狀和運(yùn)行情況，依據(jù)水力發(fā)電廠相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)廠用電接線方式進(jìn)行詳細(xì)比較分析，在此基礎(chǔ)上提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。優(yōu)化設(shè)計(jì)原則如下：

1)樞紐生產(chǎn)用電與輔助生產(chǎn)用電、生活用電及其他用電分開[1]；

2)甲區(qū)域、乙區(qū)域輔助生產(chǎn)用電、生活用電及其他用電不互聯(lián)[1]；

3)大江電廠、二江電廠分別為甲區(qū)域、乙區(qū)域輔助生產(chǎn)用電、生活用電及其他用電各提供兩路電源作主供電源；

4)大江電廠、二江電廠廠房6 kV系統(tǒng)分別為甲區(qū)域、乙區(qū)域輔助生產(chǎn)用電、生活用電及其他用電各提供兩路電源作為應(yīng)急電源；

5)甲區(qū)域輔助生產(chǎn)用電、生活用電及其他用電全部接入甲35 kV變電站內(nèi)6 kV 39段、40段母線；

6)乙區(qū)域輔助生產(chǎn)用電、生活用電及其他用電全部接入三峽辦公大樓6 kV 37段、38段母線。

7)大江開關(guān)站6 kV 11段、12段、13段母線原則上不再對(duì)外提供電源。

2 廠用電系統(tǒng)現(xiàn)狀

廠用電電源分別來自大江、二江電站各4臺(tái)主變的低壓側(cè)和自備電廠主變低壓側(cè)的1路電源，共9路電源。

水電站廠用電系統(tǒng)包括樞紐生產(chǎn)用電、輔助生產(chǎn)用電、生活區(qū)用電及其他用電等。樞紐生產(chǎn)用電包括發(fā)電生產(chǎn)用電、泄水設(shè)施用電、通航用電、水換流站用電等；輔助生產(chǎn)用電為水廠6 kV 31段與32段母線、三峽大樓6 kV 37段與38段母線；生活區(qū)用電為6 kV 33段、35段、36段、39段、40段母線以及甲35 kV兩段母線；其他用電為武警、公安、自來水公司及甲各企業(yè)用電。這些廠用電系統(tǒng)存在的問題如下。

1)甲片區(qū)的三個(gè)區(qū)域之間的接線有互聯(lián)，且比較復(fù)雜。甲片區(qū)的接線情況為：由25B、27B變壓器的35 kV側(cè)給甲變電站35 kV降壓變提供電源；甲水廠和甲生活區(qū)電源分別來自由26B變壓器供電的廠房6 kV母線8段、500 kV開關(guān)站6 kV母線12段和27B變壓器的6 kV母線9段，三個(gè)區(qū)域之間有互聯(lián)，接線比較復(fù)雜。

2)乙區(qū)域有些接線影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)存在機(jī)組檢修時(shí)供電容量不足。乙區(qū)域三峽辦公大樓主供電源由發(fā)電機(jī)端取電的321B、324B變壓器的6 kV母線37段、38段提供，應(yīng)急電源由21B、24B變壓器供電的6kV母線3段、6段提供；乙6號(hào)和9號(hào)樓的電源分別來自6段和3段母線，與三峽辦公大樓應(yīng)急電源來源一致。21B、321B變壓器并列取自3F發(fā)電機(jī)機(jī)端，24B、324B變壓器并列取自6F發(fā)電機(jī)機(jī)端，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)在機(jī)組停電檢修時(shí)乙區(qū)域存在供電容量不足的現(xiàn)象。

3 廠用電接線優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)現(xiàn)有廠用電系統(tǒng)存在的問題，需要對(duì)廠用電系統(tǒng)接線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

盡管在甲和乙區(qū)域均設(shè)有變電站，但兩者與電廠距離均較近，兩個(gè)區(qū)域變電站的變配電系統(tǒng)屬于電站廠用電系統(tǒng)的一部分。整個(gè)水電廠的廠用電只占裝機(jī)容量的6%左右，而甲和乙區(qū)域變電站的容量則只占水電廠裝機(jī)容量的1%左右，因此，甲和乙區(qū)域變電站的無功損耗對(duì)水電廠的功率因數(shù)的影響微乎其微。此外，發(fā)電機(jī)作為無功電源，也能向廠用電系統(tǒng)提供充足的無功容量?；谝陨显颍敬螐S用電接線優(yōu)化不考慮在甲和乙區(qū)域變電站設(shè)置無功補(bǔ)償裝置。

3.1 甲區(qū)域優(yōu)化設(shè)計(jì)

1)將甲35 kV變電站原6 kV J段、K段母線合并為新K段母線。將甲35 kV變電站35 kV開關(guān)柜由雙列布置改為單列布置，為J段開關(guān)柜提供安裝位置。改造后的J段和K段母線均預(yù)留備用柜。

2)將一分廠6 kV 8段母線至A段母線的電源回路改接至K段母線上，作為K段母線的應(yīng)急電源；從大江6 kV 10段母線取一路電源接至J段母線上，作為J段母線的應(yīng)急電源。

3)將大江電廠10段母線上至水換流站的電源回路轉(zhuǎn)接至甲變電站J段母線上，將500 kV開關(guān)站6 kV 11段母線至水換流站的電源回路轉(zhuǎn)接至甲變電站K段母線上。

4)取消甲6 kV A段、B段、C段母線，其負(fù)荷全部轉(zhuǎn)移至J段、K段母線；將500 kV開關(guān)站6 kV 12段母線至B段母線的供電回路改接至B段母線上，作為與J段、K段母線的備用聯(lián)絡(luò)線。

5)供電廠警衛(wèi)用電的配電室目前為單電源，根據(jù)使用情況，現(xiàn)增加一路電源變?yōu)殡p電源供電。其接線方式為：分別從甲35 kV變電站6 kV J段、K段母線上引接1回電源，同時(shí)取消從500 kV開關(guān)站6 kV 11段母線上的供電回路，并在警衛(wèi)室供電變壓器高壓進(jìn)線電纜端安裝1臺(tái)T接隔離刀閘，從而可實(shí)現(xiàn)雙電源切換。

6)將原接至500 kV開關(guān)站12段母線上的新文灣負(fù)荷改接至J段母線上。

優(yōu)化后，甲35 kV變電站6 kV回路負(fù)荷統(tǒng)計(jì)情況如表1。

根據(jù)以上負(fù)荷統(tǒng)計(jì)、計(jì)算，考慮一、二級(jí)負(fù)荷占總負(fù)荷的60%，目前甲變電站的2臺(tái)35 kV、8 000 kVA變壓器可以滿足改造后的甲區(qū)域各用電負(fù)荷需要[2]。

甲變電站兩段35 kV母線目前實(shí)際負(fù)荷分別為6 400、3 500 kVA，因此，通過調(diào)整負(fù)荷分布，可以使甲區(qū)域的負(fù)荷較均勻分配在兩段35 kV母線上，即正常運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)主變負(fù)荷基本均等[3]。

表1 甲變電站優(yōu)化后6kV回路負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

注：①2臺(tái)變壓器互為備用時(shí)按1臺(tái)計(jì)算[4]；② 同時(shí)系數(shù)和需要系數(shù)均取0.7[5]。

3.2 乙區(qū)域優(yōu)化設(shè)計(jì)

1)對(duì)Q21B、Q24B變壓器進(jìn)行增容改造，其電壓比由13.8 kV/6.3 kV改為35 kV/6.3 kV、容量分別由4 000 kVA(321B)和6 300 kVA(324B)增容為16 000 kVA。由21B、24B變壓器的35 kV側(cè)向Q21B、Q24B變壓器供電，取消原從機(jī)端13.8 kV對(duì)Q21B、Q24B變壓器的供電回路。

2)對(duì)6 kV G段、H段母線進(jìn)行整體改造換型，將布置在高壓開柜室內(nèi)的蓄電池組移至其他房間，便于布置G段、H段開關(guān)柜。G段和H段均預(yù)留備用開關(guān)柜。

3)分別從6 kV 3段、6段母線上取一路電源作為6 kV G段、H段母線的應(yīng)急電源。

4)乙生活用電6 kV E段、F段母線電源分別改接至G段、H段母線，將衛(wèi)生院負(fù)荷改接至6 kV G段母線上。取消原二江電廠6 kV 6段母線至F段母線的電源連接線、3段母線至E段母線的電源連接線。

5)在H段母線上增加一路電源至乙水廠泵站，現(xiàn)3段母線至乙水廠泵站電源保留，作為其備用電源；取消防淤壩400 V 36P至乙水廠泵站的備用電源回路，在330B變壓器高壓側(cè)增加T接隔離開關(guān)1臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)雙電源切換。

6)取消3段母線至89B變壓器、6段母線至90B變壓器的電源回路，保留原從89B、90B變壓器高壓側(cè)分別至G段、H段母線的聯(lián)絡(luò)回路作為車間89B、90B變壓器的電源回路。

7)將原接至6段母線上的乙活動(dòng)中心313B變壓器電源回路改接至38段母線上。

包括三峽辦公大樓在內(nèi)的乙區(qū)域6 kV回路負(fù)荷統(tǒng)計(jì)情況如表2。

表2 三峽辦公大樓優(yōu)化后6 kV回路負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

注：①2臺(tái)變壓器互為備用時(shí)按1臺(tái)計(jì)算[4]；②辦公大樓主要為感性負(fù)載——照明和空調(diào)等，根據(jù)其負(fù)荷特性，同時(shí)系數(shù)和需要系數(shù)取正常范圍0.7～0.8的上限[5]。

根據(jù)表2統(tǒng)計(jì)、計(jì)算和負(fù)荷實(shí)際使用情況，考慮Q21B、Q24B變壓器其中1臺(tái)故障或檢修時(shí)另1臺(tái)能夠滿足G段和H段母線全部負(fù)荷需求，則乙區(qū)域計(jì)算容量約為10 889 kVA。目前乙區(qū)域?qū)嶋H負(fù)荷約為10 876 kVA，考慮到需留有一定的富裕容量為后期發(fā)展提供電源，則Q21B、Q24B變壓器的容量選擇為16 000 kVA[2]。

4 結(jié) 語

通過對(duì)甲區(qū)域、乙區(qū)域兩個(gè)區(qū)域的優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加廠用電變壓器容量，改善接線線路，能夠理清水電廠廠用電系統(tǒng)之間的關(guān)系，消除安全隱患，保障樞紐生產(chǎn)用電的安全可靠，提高生產(chǎn)效率，方便電力生產(chǎn)和員工生活。