角木塘水電站廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng)，550002)

1 電站概況

角木塘水電站位于芙蓉江干流下游河段，地處貴州省遵義市道真仡佬族苗族自治縣境內(nèi)忠信鎮(zhèn)聯(lián)江村放牛坪，為芙蓉江水電梯級(jí)開發(fā)中的第10級(jí)，上銜官莊電站，下接浩口電站。該電站為河床式電站，距上游的官莊水電站廠址約17.7km，距下游的浩口電站約20km，工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。角木塘水電站總裝機(jī)容量為70MW，選用2臺(tái)軸流轉(zhuǎn)漿水輪發(fā)電機(jī)，單機(jī)容量為35MW，年利用小時(shí)數(shù)為3480h，年發(fā)電量2.436億kW·h。

角木塘水電站電氣主接線：兩臺(tái)主變壓器，采用發(fā)電機(jī)—變壓器組的單元接線，兩臺(tái)廠用變壓器各自接在發(fā)電機(jī)出口母線上，兩變壓器之間采用暗備用方式。

2 廠用電系統(tǒng)的特點(diǎn)

2.1 廠用電設(shè)計(jì)原則

(1)角木塘兩臺(tái)機(jī)組廠用電系統(tǒng)相互獨(dú)立，但又互為備用；一臺(tái)機(jī)組的故障停運(yùn)或其輔機(jī)的電氣故障不影響另一臺(tái)機(jī)組的正常運(yùn)行，并能在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)本機(jī)組的運(yùn)行；

(2)廠用變壓器的選擇滿足各種運(yùn)行方式下的廠用電負(fù)荷需要，并保證供電的可靠安全。

2.2 廠用電范圍及電壓等級(jí)

本電站廠用電系統(tǒng)供電范圍包括：

(1)廠房：主廠房、副廠房、安裝間、尾水、水輪機(jī)層、蝸殼層、升壓站；

(2)壩區(qū)：取水口、壩頂溢洪道；

(3)其它：廠內(nèi)道路等。

根據(jù)廠用電的負(fù)荷大小及水電站廠區(qū)及壩區(qū)的負(fù)荷分布情況，廠內(nèi)負(fù)荷較集中，均在0.4kV供電范圍內(nèi)，采用0.4一級(jí)電壓供電。廠用電供電方式采用機(jī)組自用電與全廠公用電共用電源變壓器的混合供電方式。

2.3 廠用電源引接方式及接線

廠用電源由3個(gè)獨(dú)立電源供給。1#、2#廠用電源分別從1#機(jī)和2#機(jī)發(fā)電機(jī)母線上引接，設(shè)置兩臺(tái)干式變壓器，兩變壓器之間采用暗備用方式。正常情況下1#廠用變壓器向0.4kVⅠ段母線供電，2#廠用變壓器向0.4kVⅡ段母線供電；全廠停機(jī)時(shí)，可從110kV系統(tǒng)通過(guò)主變壓器倒送電。

廠用0.4kV母線采用單母線分段接線，設(shè)0.4kV母線分段開關(guān)，同時(shí)采用廠用電備用電源自動(dòng)投入裝置，保證廠用電的正常運(yùn)行。

(1)備用電源自動(dòng)投入裝置的要求：

①工作母線由于任何原因失去電源后，備用電源自動(dòng)投入裝置都應(yīng)工作；

②工作電源未斷開前，備用電源不應(yīng)投入；

③備用電源自動(dòng)投入裝置的最大動(dòng)作時(shí)限應(yīng)保證自起動(dòng)電動(dòng)機(jī)不致中斷運(yùn)行。

(2)備用電源自動(dòng)投入裝置的動(dòng)作方式：

正常情況下QF1(一段母線電源斷路器)與QF2(二段母線電源斷路器)分別給兩段母線供電，QF3(分?jǐn)嗄妇€斷路器)和QF4(壩區(qū)柴油發(fā)電機(jī)斷路器)處于斷開狀態(tài)；當(dāng)QF1和QF2中任意一回失電斷開時(shí)，QF3投入，由其中帶電的回路給整個(gè)廠用低壓設(shè)備供電；當(dāng)QF1和QF2均失電的情況下，QF4自動(dòng)投入給壩區(qū)和廠區(qū)供電，同時(shí)閉鎖QF1和QF2防止來(lái)電時(shí)QF1和QF2合閘，保證供電回路安全。

表1 廠用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)(機(jī)組自用電及公用電)

2.4 壩區(qū)供電

由于廠房為壩后式布置方式，距壩區(qū)用電負(fù)荷很近，因此，壩區(qū)用電設(shè)備電源考慮從電站廠用電系統(tǒng)0.4kVⅠ、Ⅱ段母線供電；另設(shè)置一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)作為壩區(qū)的保安電源(即第三電源)。

3 主要電氣設(shè)備的選擇

3.1 廠用電最大負(fù)荷計(jì)算

廠用電最大負(fù)荷計(jì)算原則：

(1)經(jīng)常連續(xù)及經(jīng)常短時(shí)運(yùn)行的負(fù)荷均應(yīng)計(jì)算；

(2)經(jīng)常斷續(xù)運(yùn)行負(fù)荷應(yīng)考慮同時(shí)率后計(jì)入；

(3)不經(jīng)常連續(xù)及不經(jīng)常短時(shí)運(yùn)行的負(fù)荷應(yīng)按設(shè)備組合運(yùn)行情況計(jì)算，但不計(jì)僅在事故情況下運(yùn)行的負(fù)荷；

(4)不經(jīng)常繼續(xù)運(yùn)行的負(fù)荷，僅計(jì)入在機(jī)組(泵組)檢修時(shí)經(jīng)常使用的負(fù)荷；

(5)互為備用的電動(dòng)機(jī)，只計(jì)入?yún)⒓舆\(yùn)行的部分；由不同電源供電，在計(jì)算該電源最大負(fù)荷，應(yīng)分別計(jì)算。

本電站廠用電最大負(fù)荷采用負(fù)荷統(tǒng)計(jì)法，不同狀態(tài)下機(jī)組自用電和全廠公用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)詳見表1。

根據(jù)廠用電最大負(fù)荷計(jì)算：

式中：Sjg——廠用電最大負(fù)荷，kVA；

KV——廠用電系統(tǒng)網(wǎng)損率，取1.05；

Kfg——全廠公用電負(fù)荷率，取0.72-0.74；

Ktg——全廠公用電同時(shí)率，取0.73；

Kfz——機(jī)組自用電負(fù)荷率，取0.7；

Ktz——機(jī)組自用電同時(shí)率，取0.77；

∑Pg——最大負(fù)荷運(yùn)行的全廠公用負(fù)荷額定有功功率的總和，kW；

∑Qg——最大負(fù)荷運(yùn)行的全廠公用負(fù)荷額定無(wú)功功率的總和，kVar；

∑Pz——最大負(fù)荷運(yùn)行的全廠自用負(fù)荷額定有功功率的總和，kW；

∑Qz——最大負(fù)荷運(yùn)行的全廠自用負(fù)荷額定無(wú)功功率的總和，kVar。

根據(jù)上式(1)計(jì)算得廠用電最大負(fù)荷Sjg=519.3kVA，選用兩臺(tái)630kVA變壓器可滿足要求。

3.2 廠用變壓器型式及布置

為運(yùn)行管理方便，同時(shí)方便變壓器與低壓柜的連接，角木塘水電站工程兩臺(tái)廠用變壓器均布置在廠房低壓配電室內(nèi)，與廠用0.4kV低壓柜并排放置；變壓器采用三相雙線圈干式變壓器，額定容630kVA、額定電壓10.5±2×2.5%/0.4kV、聯(lián)接組別為Dyn11。變壓器本體加外殼10kV、400V側(cè)引出線分別與高低壓柜連接，其中高壓側(cè)采用電纜連接，低壓側(cè)采用低壓母線槽側(cè)面與低壓柜連接；廠用變壓器低壓側(cè)采用上進(jìn)線方式。

3.3 低壓配電柜

廠用低壓配電柜采用抽屜式開關(guān)柜；其中兩臺(tái)變壓器低壓側(cè)進(jìn)線柜斷路器及母聯(lián)斷路器采用框架式斷路器，其余饋線采用塑殼斷路器。

框架式斷路器應(yīng)配置電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)和手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，并具有通訊、遠(yuǎn)方操作及自動(dòng)儲(chǔ)能功能，操作電源為直流220V。塑殼斷路器為手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。

框架式斷路器應(yīng)具有過(guò)流、長(zhǎng)延時(shí)、零序過(guò)流及分勵(lì)脫扣器等保護(hù)功能，塑殼斷路器應(yīng)具有瞬時(shí)短路保護(hù)及過(guò)載保護(hù)等控制單元，動(dòng)作電流要求現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)。

4 結(jié)語(yǔ)

角木塘水電站已于2018年正式發(fā)電投產(chǎn)，廠用電運(yùn)行良好。本電站廠用電接線采用兩臺(tái)廠用變壓器各自接在發(fā)電機(jī)出口母線上，廠用0.4kV母線采用單母線分段接線，兩臺(tái)廠變接在不同的兩段母線上，同時(shí)兩變壓器之間采用暗備用方式，通過(guò)廠用電備用電源自動(dòng)投入裝置和分?jǐn)嗄嘎?lián)開關(guān)很好地保證供電的安全性、可靠性和連續(xù)性，滿足電站的運(yùn)行要求。