大型提水泵站工程供電系統(tǒng)接入方案比選分析

郭 昌

(安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230088)

大型提水泵站工程由于規(guī)模較大，供電可靠性要求較高，在供電系統(tǒng)接入方案研究論證中，首先應(yīng)考慮供電可靠性以及地區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃供電線路路徑開辟和實(shí)施難度，同時應(yīng)盡量考慮供電系統(tǒng)接入方案的經(jīng)濟(jì)性。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析合理確定最優(yōu)的供電系統(tǒng)接入方案。

1 工程概況

引江濟(jì)淮工程由長江下游上段引水，向淮河中游地區(qū)補(bǔ)水，是一項(xiàng)以城鄉(xiāng)供水和發(fā)展江淮航運(yùn)為主，結(jié)合灌溉補(bǔ)水和改善巢湖及淮河水生態(tài)環(huán)境等綜合利用的大型跨流域調(diào)水工程，是國務(wù)院確定的172項(xiàng)重大水利工程。

蜀山泵站樞紐位于引江濟(jì)淮工程江淮溝通，是連接派河段輸水河道與分水嶺段輸水渠的梯級泵站樞紐，負(fù)擔(dān)將派河段來水輸送至瓦埠湖。泵站設(shè)計(jì)流量290m3/s，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程12.7m，凈揚(yáng)程范圍6.7～14.5m。泵站采用肘形流道進(jìn)水，直管出水。選用8臺立式混流泵，配8臺套同步電動機(jī)，單機(jī)功率為7500kW，額定電壓10kV，總裝機(jī)功率60000kW。泵站內(nèi)110kV變電站設(shè)3臺主變，單臺容量均為40MVA，2臺工作，1臺冷備用，110kV側(cè)為單母線分段接線，10kV機(jī)壓側(cè)采用單母線分段接線(3段母線)，主變高、低壓側(cè)均設(shè)斷路器。

本工程為蜀山泵站樞紐110kV變電站接入電力系統(tǒng)工程。

2 接入電壓等級及供電要求

蜀山泵站站內(nèi)安裝8臺泵機(jī)，每臺泵配套同步電機(jī)容量為7500kW，泵站最大負(fù)荷為泵站8臺電機(jī)全部運(yùn)行，宜采用110kV電壓等級供電系統(tǒng)。根據(jù)泵站運(yùn)行特點(diǎn)，泵站啟動時為電機(jī)按次序一臺一臺啟動，最為嚴(yán)重的啟動方式為已有七臺泵機(jī)滿載運(yùn)行、第八臺泵機(jī)啟動。

蜀山泵站樞紐內(nèi)包括提水泵站和船閘等，蜀山泵站為引江濟(jì)淮工程八大樞紐之一，工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大(1)型，其用電負(fù)荷等級為二級。

根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求，“二級負(fù)荷的供電系統(tǒng)，宜由兩回線路供電”，蜀山泵站工程110kV變電站接入系統(tǒng)考慮以兩回110kV線路接入電力系統(tǒng)合適站點(diǎn)，泵站正常運(yùn)行方式下一回線路工作，一回線路備用。

3 周邊電網(wǎng)情況

蜀山泵站配套110kV變電站站址位于合肥市高新區(qū)西部、蜀山區(qū)小廟鎮(zhèn)東南部區(qū)域，附近接入點(diǎn)有220kV游樂變、220kV科學(xué)城、220kV小廟變(規(guī)劃)、110kV湖光路變和110kV創(chuàng)新變，各接入點(diǎn)情況見表1。

本工程周邊電網(wǎng)地理接線概況如圖1所示。

根據(jù)本地區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃資料收集和實(shí)地調(diào)查分析，220kV游樂變、科學(xué)城變和小廟變110kV側(cè)均有接入條件，本工程可考慮接入以上站點(diǎn)；湖光路變和創(chuàng)新變110kV側(cè)均為內(nèi)橋接線，出線2回，達(dá)到終期規(guī)模，沒有空余間隔供本工程接入，本工程暫不考慮接入。

表1 蜀山泵站周邊各接入點(diǎn)情況

圖1 本工程周邊電網(wǎng)概況

4 供電系統(tǒng)接入方案

根據(jù)合肥電網(wǎng)現(xiàn)狀和近期發(fā)展規(guī)劃，考慮本工程泵站的地理位置和供電要求，提出以下本變電站供電系統(tǒng)接入方案。

方案一：泵站建1座110kV變電站，該站以1回110kV線路接入220kV游樂變，線路長約7km(架空+電纜)；1回110kV線路接入220kV小廟變，線路長約10km(架空)。

方案二：泵站建1座110kV變電站，該站以1回110kV線路接入220kV科學(xué)城變，線路長約14km(架空+電纜)；1回110kV線路接入220kV小廟變，線路長約10km(架空)。

方案三：泵站建1座110kV變電站，該站以2回110kV線路接入220kV小廟變，線路長約10km(架空)。

各供電系統(tǒng)方案示意圖如圖2所示。

圖2 蜀山泵站接入系統(tǒng)方案示意圖

5 接入方案比選分析

5.1 技術(shù)比較

三個方案中接入系統(tǒng)變電站站內(nèi)均有接入條件，擴(kuò)建難度和投資有所不同；站外線路方面，由于本工程泵站位于高新區(qū)附近，線路路徑較困難，尤其是方案一(游樂段)與方案二(科學(xué)城段)部分路段需使用電纜，以下對三個方案進(jìn)行詳細(xì)比較。

方案一：本工程1回線路接入游樂變，1回線路接入小廟變。游樂變現(xiàn)有主變180+240MVA，雖然近期游樂變負(fù)荷較重，但隨著科學(xué)城變、小廟變的建設(shè)，游樂變將有部分負(fù)荷可轉(zhuǎn)移至科學(xué)城變、小廟變，因此游樂變可以滿足本工程供電需求。游樂變站內(nèi)仍有1個110kV GIS出線間隔，且其110kV北側(cè)還有擴(kuò)建110kV間隔空間。

游樂變位于高新區(qū)示范區(qū)域，本工程至游樂變新建線路位于高新區(qū)內(nèi)，線路路徑需考慮已有路網(wǎng)和規(guī)劃路網(wǎng)，實(shí)施較困難且造價較高。游樂變位于高新區(qū)創(chuàng)新大道與柏堰灣路交口西側(cè)，本工程泵站位于游樂變西側(cè)，鑒于方興大道以東路網(wǎng)已形成，以及柏堰灣路已架設(shè)220kV、10kV線路，線路走廊非常緊張，綜合考慮在方興大道以東路段鋪設(shè)電纜。

小廟變?yōu)橐?guī)劃的變電站，規(guī)劃一期2臺180MVA主變，可以滿足本工程供電需求。

方案二：本工程1回線路接入科學(xué)城變，1回線路接入小廟變?？茖W(xué)城現(xiàn)有主變2×240MVA，可以滿足本工程供電需求。科學(xué)城站內(nèi)仍有110kV間隔空間，本工程可擴(kuò)建接入。

科學(xué)城變同樣位于高新區(qū)，路徑開辟較為困難，建議繞至高新區(qū)邊緣沿規(guī)劃線路走架空線路，部分路段采用電纜(白蓮巖路至科學(xué)城路段及十字路口)。本方案線路路徑(至科學(xué)城變)實(shí)施難度同樣很高，且路徑長度幾乎為方案一(至游樂變)的兩倍。

方案三：本工程2回線均接入小廟變，小廟變規(guī)劃“十三五”后期投運(yùn)，有可能小廟變進(jìn)度趕不上蜀山泵站110kV變電站投運(yùn)，存在時間銜接問題。

按目前小廟變擬選站址，本工程路徑大部分位于高新區(qū)外側(cè)，路徑開辟及實(shí)施難度相對于方案一(游樂段)、方案二(科學(xué)城段)要簡單。

綜上所述，三個接入點(diǎn)站內(nèi)接入條件均較好，站外路徑方案三綜合最優(yōu)，方案二路徑綜合最長；方案三雖然技術(shù)比較最優(yōu)，但小廟變尚未投運(yùn)，存在時間銜接的風(fēng)險，相比之下方案一較為折中。

5.2 潮流分析

合理的電網(wǎng)潮流分布，是泵站安全平穩(wěn)運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，供電線路評估在泵站電氣系統(tǒng)風(fēng)險評估體系中所占權(quán)重較大。以2019年作為水平年，合肥電網(wǎng)最大負(fù)荷7592MW。在合肥電網(wǎng)正常高峰，泵站滿載及空載兩種運(yùn)行方式下進(jìn)行電網(wǎng)潮流分析，三個接入系統(tǒng)方案均可滿足本工程泵站的供電需要，本工程周邊電網(wǎng)潮流分布合理，接入站點(diǎn)電壓水平較合適且比較穩(wěn)定。

5.3 經(jīng)濟(jì)比較

各接入系統(tǒng)方案在技術(shù)上均具備條件，三個方案站內(nèi)相同部分不計(jì)入比較，對110kV間隔及110kV線路部分投資作對比。泵站配套110kV變電站年最大負(fù)荷利用小時數(shù)取3500，功率因數(shù)取0.9，損耗小時數(shù)取2000h，損失電費(fèi)按0.487元/(kW·h)計(jì)算，抵償年限暫按7a計(jì)算。110kV間隔按100萬元/個計(jì)，110kV戶內(nèi)GIS間隔按180萬元/個計(jì)，110kV單回線路(LGJ-300mm2導(dǎo)線)按90萬元/km計(jì)，110kV雙回線路(LGJ-300mm2導(dǎo)線)按170萬元/km計(jì)，110kV電纜按900萬元/km計(jì)。各方案投資相對比見表2所示。

表2 方案投資相對比較表

由表2可知，三個方案一次性投資中，方案二投資最多，方案三最少，方案一居中；考慮相對線損后經(jīng)濟(jì)費(fèi)用與上述結(jié)果一致。

5.4 推薦方案

綜合上述經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較和計(jì)算分析，蜀山泵站三個供電系統(tǒng)接入方案均能滿足泵站所需電力要求。

三個方案綜合對比情況見表3。

表3 蜀山泵站各供電系統(tǒng)接入方案綜合對比表

綜上比較，方案三雖然在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上均最優(yōu)，但存在投運(yùn)時間不確定的問題，為保證蜀山泵站能按時供電，暫不推薦方案三；電能質(zhì)量也是一項(xiàng)重要指標(biāo)，三個方案接入變電站的110kV側(cè)均接有軌道交通站或風(fēng)電場，電能質(zhì)量指標(biāo)類似；方案一與方案二站外線路路徑均有一定難度，但方案一相比之下，線路路徑最短，投資較少，因此選擇方案一為推薦方案，即本工程新建一回長約7km的110kV線路接入220kV游樂變和一回約10km的110kV線路接入220kV小廟變。

6 結(jié)語

大型提水泵站樞紐工程用電負(fù)荷等級一般為二級，應(yīng)按兩回路供電線路設(shè)計(jì)接入系統(tǒng)方案，保障泵站運(yùn)行的安全可靠性。首先是研究論證當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)規(guī)劃和泵站建設(shè)投運(yùn)時序，確定合適供電電源點(diǎn)，同時還應(yīng)合理規(guī)劃供電線路路徑，便于后期施工和運(yùn)行管理，滿足技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性要求，合理確定最優(yōu)的系統(tǒng)接入方案。目前，本工程方案已通過相關(guān)部門審查，供電系統(tǒng)接入方案已得到肯定，可為類似大型泵站工程的接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。