引水式水電站廠用電設(shè)計研究

李 萍，盧萬里

（1.中國能源建設(shè)集團(tuán)廣西電力設(shè)計有限公司，廣西 南寧 530023；2.廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣西 南寧 530023）

1 概述

引水式水電站屬水電站的一種，是利用引水系統(tǒng)集中水頭和引用流量以開發(fā)水能的水電站，其典型布置包括上游水庫、調(diào)壓井、壓力管道、發(fā)電廠房等。從廠用電的設(shè)計角度看，引水式水電站廠用電負(fù)荷區(qū)域比較分散、各區(qū)域之間的連接線路較長，因此需要根據(jù)工程特點，設(shè)計滿足廠用電可靠性的廠用電方案?，F(xiàn)以老撾Houay Lamphan Gnai（HLG）為例，該水電站位于老撾南部，屬于典型的引水式水電站，共裝設(shè)2臺單機容量為44 MW的水輪發(fā)電機組，總裝機容量88 MW，采用115 kV電壓等級與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接，115 kV出線共兩回，接至Sekong變電站。發(fā)電機與變壓器采用單元接線方式,發(fā)電機出口裝設(shè)發(fā)電機斷路器，115 kV側(cè)采用內(nèi)橋接線。電站建成后主要任務(wù)是發(fā)電，以提高老撾南部地區(qū)的供電率，減少枯水期從鄰國進(jìn)口電量，增加豐水期對鄰國出口電量；電站屬中型水電站，建成后將成為電網(wǎng)的重要電能來源，因此電站的安全、可靠、持續(xù)運行既關(guān)系到電網(wǎng)的安全，又關(guān)系到經(jīng)濟(jì)效益，為此廠用電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠也成為重點。

2 廠用電系統(tǒng)接線型式及電壓等級分析

Houay Lamphan Gnai（會蘭龐雅）水電站屬引水式水電站，主要用電區(qū)域包括廠房、進(jìn)水口、溢洪道、蝶閥室、生活區(qū)5大區(qū)域，而溢洪道、進(jìn)水口、蝶閥室屬于引水系統(tǒng)，分散布置在引水系統(tǒng)的各點上，相距很遠(yuǎn)，詳見圖1。因此廠用電設(shè)計的首要任務(wù)是明確各區(qū)域的供電電源及供電電壓等級。

圖1 用電區(qū)域分布圖

根據(jù)引水式電站的負(fù)荷特點，廠用電系統(tǒng)接線有3種基本型式。型式1，采用一級電壓供電，由發(fā)電機機端分別引接兩回廠用電電源，并通過兩臺廠用變壓器變壓至400 V，供發(fā)電廠房內(nèi)負(fù)荷，另通過400 V架空/電纜線路向壩區(qū)及生活區(qū)供電。型式2，發(fā)電廠房內(nèi)廠用電系統(tǒng)不變，另從1號機機端引接1回電源，通過電纜/架空線路向壩區(qū)及生活區(qū)供電。型式3，發(fā)電廠房內(nèi)廠用電系統(tǒng)不變，另在廠房內(nèi)設(shè)置高壓廠用電系統(tǒng)，400 V廠用電通過1臺廠用變壓器升壓至高壓，再通過高壓電纜/架空線路向壩區(qū)及生活區(qū)供電。3種接線型式技術(shù)對比如表1所示。

表1 接線型式技術(shù)對比表

HLG工程，用電區(qū)域分布較遠(yuǎn)，不適合直接采用400 V電壓供電，綜合3種接線型式的優(yōu)缺點，擬采用接線型式3為廠用電的基本型式，采用22 kV電壓作為區(qū)域間供電電壓等級。HLG水電站的特點是廠房、蝶閥室及生活區(qū)位置相對較近，線路約3 km左右，方便從廠房取電；而進(jìn)水口、溢洪道與廠房距離較遠(yuǎn)，線路約10 km以上，中間多為山林地。如直接從廠房架空線路，將涉及該區(qū)域的征地問題，施工難度很大，經(jīng)實地調(diào)查，溢洪道附近有地方22 kV電網(wǎng)，因此進(jìn)水口、溢洪道作為一個供電區(qū)域由地方電網(wǎng)取電。

根據(jù)NB/T35044[1]，廠房內(nèi)廠用電的主電源由兩臺發(fā)電機機端匯流母線分別引接，電源由兩臺發(fā)電機機端供給或系統(tǒng)通過主變壓器倒送電，電壓11 kV；另一回電源自22 kV地方電網(wǎng)引接，與施工電源永臨結(jié)合作為廠用電備用電源；蝶閥室及生活區(qū)通過22 kV架空線路與廠房廠用電連接；進(jìn)水口、溢洪道直接從附近地方22 kV電網(wǎng)引接，采用與施工用電永臨結(jié)合方式進(jìn)行，經(jīng)22 kV架空線路分別引至進(jìn)水口、溢洪道區(qū)域供電，詳見圖2廠用電系統(tǒng)圖。

圖2 廠用電系統(tǒng)圖

廠房內(nèi)廠用電系統(tǒng)采用400 V一級電壓供電，機組自用電與全廠公用電采用混合供電方式，共設(shè)置兩段廠用母線。為向蝶閥室及生活區(qū)供電，廠用電400 V經(jīng)變壓器升壓至22 kV，再通過22 kV架空線路引至蝶閥室及生活區(qū)，為蝶閥室及生活區(qū)配電。為保證電站全部機組停運及外來電源斷電時，仍維持廠用電供電的可靠性，在廠房及蝶閥室各設(shè)一臺柴油發(fā)電機作為備用電源。

進(jìn)水口、溢洪道電源共同取自地方22 kV電網(wǎng)，經(jīng)22 kV架空線路引至相應(yīng)的配電變壓器，再由配電變壓器降壓至400 V向負(fù)荷供電，同時為了保證進(jìn)水口、溢洪道供電的可靠性，兩地各設(shè)一臺柴油發(fā)電機作為備用電源。

3 廠用電運行方式

正常運行時廠內(nèi)兩段400 V母線分開單獨運行，連接柴油發(fā)電機回路的斷路器斷開，22 kV外來電源開關(guān)柜斷路器斷開，在任何情況下應(yīng)避免同一段母線由兩個電源同時供電的運行方式。當(dāng)一臺變壓器故障或檢修時，自動切除本臺變壓器，通過分段開關(guān)或聯(lián)絡(luò)線保持供電的連續(xù)性。在廠內(nèi)2臺變壓器均故障的情況下，22 kV外來電源開關(guān)柜斷路器閉合，由22 kV地方電網(wǎng)供電；在廠內(nèi)及外來電源均故障的工況下，由柴油發(fā)電機供電，此時22 kV外來電源開關(guān)柜斷路器斷開，蝶閥室及生活區(qū)由其各自的柴油發(fā)電機供電。

進(jìn)水口、溢洪道運行工況：正常運行時由22 kV地方電網(wǎng)供電，故障工況下由柴油發(fā)電機供電。

4 廠用變壓器的選擇

廠用變壓器容量須滿足各種運行工況下可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷，根據(jù)本工程特點，最大工況最有可能出現(xiàn)在2臺機組同時運行或1臺機組運行1臺機組檢修的工況下，因此根據(jù)各廠用電的負(fù)荷特性，分別對兩個工況下的廠用電最大負(fù)荷進(jìn)行分類統(tǒng)計。

全廠公用電與自用電混合供電，根據(jù)NB/T35044[1]規(guī)范要求，廠用電計算負(fù)荷按Sjs=KoΣPo進(jìn)行計算，綜合系數(shù)Ko取值0.775。廠用電負(fù)荷計算結(jié)果如表2廠用電負(fù)荷統(tǒng)計計算表所示，根據(jù)廠用電系統(tǒng)圖，廠用電還須向電廠生活區(qū)供電，因此廠用變壓器容量還需計入生活區(qū)負(fù)荷400 kW。1號、2號廠用變壓器的容量按滿足最大用電負(fù)荷計算，容量選定為1 000 kVA，3號廠用變壓器按生活區(qū)及蝶閥室配電容量及廠內(nèi)I、II類廠用電配電負(fù)荷選擇為630 kVA。廠房內(nèi)廠用變壓器布置在副廠房內(nèi)，采用干式變壓器。結(jié)合22 kV架空線路，蝶閥室、進(jìn)水口、溢洪道配電變壓器分別選用30 kVA、63 kVA、80 kVA油浸式變壓器，戶外桿上安裝。

表2 廠用電負(fù)荷統(tǒng)計表

根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊（電氣一次）》[2]廠用變壓器允許自啟動的電機容量為：

經(jīng)計算，廠房內(nèi)變壓器的自啟動容量為914 kW，大于438 kW，滿足自啟動要求。

5 結(jié)語

廠用電系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)系到電廠的正常運行及效益，因此廠用電設(shè)計在遵守相關(guān)規(guī)程規(guī)范的基礎(chǔ)上，追求安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。在設(shè)計初始須根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)及工程的實際情況，合理選擇適合于廠用電的供電電源點、供電電壓等級，對引水式電站更應(yīng)注意合理規(guī)劃供電系統(tǒng)；在廠用電系統(tǒng)主要設(shè)備選擇時，須先對廠用電負(fù)荷進(jìn)行分析統(tǒng)計，確保各設(shè)備的選擇滿足不同工況下運行要求。