巴基斯坦卡洛特水電站廠用電系統(tǒng)設(shè)計

徐則誠 董曉寧 王樹清 劉江

摘要：卡洛特水電站廠用電系統(tǒng)供電范圍包括電站廠房、溢洪道、進水口及壩區(qū)，其用電負荷較為分散，對可靠性要求較高，因此其廠用電系統(tǒng)較一般水電站更為復(fù)雜。結(jié)合卡洛特水電站廠用電系統(tǒng)特點，對廠用電系統(tǒng)的電源引接、接線方式、以及廠用電系統(tǒng)運行方式等方面的問題進行闡述。結(jié)果表明：卡洛特水電站廠用電系統(tǒng)設(shè)計安全可靠、經(jīng)濟合理，能保護水電站的安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：廠用電系統(tǒng);供電可靠性;卡洛特水電站;巴基斯坦

中圖法分類號：TV734文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.11.019

文章編號：1006 - 0081（2021）11 - 0084 - 04

0 引 言

卡洛特（Karot）水電站為單一發(fā)電任務(wù)的水電樞紐，為吉拉姆（Jhelum）河規(guī)劃的5個梯級電站的第4級，大壩位于巴基斯坦旁遮普省卡洛特橋上游1.75 km，距離下游的曼格拉大壩74 km，西距伊斯蘭堡直線距離約55 km?？逄厮娬緲屑~為Ⅱ等大（2）型工程，主要由電站廠房、泄水建筑物、大壩、電站引水及尾水系統(tǒng)等組成。電站裝機容量72萬kW（720 MW），裝機4臺，單機容量為18萬kW（180 MW），保證出力116.1 MW，多年平均年發(fā)電量為32.06億kW·h，年利用小時數(shù)為4 452 h。

結(jié)合樞紐總布置，卡洛特水電站的供電范圍主要包括電廠廠房及壩區(qū)。電站廠內(nèi)供電包括機組自用電，廠內(nèi)照明及油、水、氣、空調(diào)和通風、檢修、尾水等用電負荷。壩區(qū)供電包括電站進水口、溢洪道及壩區(qū)照明等用電負荷?？逄厮娬窘ǔ珊髮⒊蔀榘突固闺娋W(wǎng)的重要電能來源，因此電站的安全、可靠、持續(xù)運行至關(guān)重要。卡洛特水電站廠用電具有用電負荷分布較廣、供電范圍較大等特點，與一般水電站相比更為復(fù)雜，因此廠用電方案設(shè)計成為重難點。

1 負荷分析及廠用電電壓

巴基斯坦卡洛特水電站用電負荷包括廠內(nèi)機組自用電和公用電（含檢修用電）、廠內(nèi)照明用電、溢洪道用電、進水口用電、業(yè)主營地用電和道路照明用電。在全部機組正常運行和1臺機組檢修、其他機組正常運行兩種工況下，各用電部位計算負荷采用綜合系數(shù)法計算[1-2]，計算負荷情況列于表1。

卡洛特水電站樞紐具有供電范圍較大、各用電負荷比較分散的特點?？逄貥屑~由大壩、泄水建筑物、電站引水及尾水系統(tǒng)、電站廠房等建筑物組成，一級電壓不能滿足電壓質(zhì)量的要求，因此必須采用二級電壓供電?？紤]到外來備用電源采用11 kV，而電站又需引接該電源作為廠用電源，將兩者結(jié)合利于節(jié)省工程投資，綜合考慮第一級電壓和第二級電壓分別采用11.0 kV和0.4 kV。

2 廠用電系統(tǒng)接線方案

2.1 廠用電源引接

卡洛特水電站發(fā)電機機端電壓為15.75 kV，采用發(fā)電機-變壓器單元接線。當機組停機時，發(fā)電機與變壓器之間裝設(shè)的發(fā)電機斷路器斷開。為了提高供電的連續(xù)性、可靠性和經(jīng)濟性，廠用電源受機組啟停影響需盡可能小，故可從500 kV系統(tǒng)倒送廠用電源，從發(fā)電機電壓母線上引接的廠用電源不受機組開停影響?？逄厮娬驹诎突固箛译娋W(wǎng)中起著重要作用，因此廠用電需具備高可靠性、高靈活性和高穩(wěn)定性[3-5]，廠用電工作電源引自電站單元接線的發(fā)電機電壓母線，每個單元接線的發(fā)電機電壓母線上引接1回廠用電源（共4回）。

原設(shè)計方案從鄰近變電所不同母線引接2回電源作為電站的廠用備用電源，全電站只在溢洪道變電所內(nèi)設(shè)置了1臺容量為800 kW柴油發(fā)電機與變電所0.4 kV母線連接，該柴油發(fā)電機主要用于保證溢洪道汛期泄洪安全、作為電站的黑啟動電源、作為廠房內(nèi)滲漏排水泵的備用電源。經(jīng)過實地查勘后了解到附近沒有符合要求的外來電源，只有從施工現(xiàn)場的重油電站來獲取施工用電，因此需要用另外的備用電源來替代外來電源。溢洪道供電系統(tǒng)與廠內(nèi)供電系統(tǒng)之間通過11 kV電纜-架空線-電纜的連接方式解決了因溢洪道與電站廠房距離較遠的問題，在發(fā)生全廠失電，需要黑啟動的情況下，設(shè)置在溢洪道變電所的柴油發(fā)電機需要通過繁雜的操作環(huán)節(jié)向廠內(nèi)機組倒送電。首先溢洪道變電所的變壓器需要將電壓從0.4 kV升壓至11 kV，通過11 kV的架空線送至廠房，再通過廠房內(nèi)的廠用變壓器降壓至0.4 kV最后才能向廠內(nèi)機組倒送電，此操作流程十分耗時耗力，且降低了供電可靠性。因此很有必要在廠內(nèi)增設(shè)一臺柴油發(fā)電機作為機組黑啟動電源和廠內(nèi)緊急事故保安電源（如滲漏排水等）來保證在全廠失電、沒有任何外來電源的情況下能及時啟動單臺機組，恢復(fù)廠用電供電。由于廠內(nèi)增設(shè)了一臺柴油發(fā)電機，原溢洪道變電所的柴油發(fā)電機僅需要負責溢洪道汛期泄洪閘門的應(yīng)急供電，經(jīng)計算，廠內(nèi)新增柴油發(fā)電機的容量也可減小至600 kW。故取消從鄰近變電所引接外來電源的計劃，在廠內(nèi)增設(shè)一臺容量為600 kW的柴油發(fā)電機。

2.2 廠用電接線

（1）電廠廠用電11 kV接線。分別從4組發(fā)電機組機端引接4回電源引至電廠作為廠用電源，經(jīng)4臺高壓廠用變壓器降壓后，4回廠用電源的電壓降至4段11 kV母線。4段母線分為2組，兩段母線為一組，各段母線間均設(shè)母聯(lián)開關(guān)，為了保證運行段母線在分段運行或不分段運行時均只由一個電源供電，母聯(lián)開關(guān)和外來電源均設(shè)有備用電源自動投入裝置。

（2）電站11/0.4 kV廠用電。根據(jù)用電設(shè)備的運行方式、重要程度及其布置位置，電站低壓0.4 kV廠用電系統(tǒng)設(shè)置6個供電點：1號和2號機組自用電供電點、3號和4號機組自用電供電點、1號公用電供電點、2號公用電供電點、進廠公路供電點和廠內(nèi)照明供電點，其中進廠公路供電點由箱式變壓器供電，采用單電源回路，其他供電點均采用雙電源回路供電，雙回路互為備用。

機組自用電：電廠設(shè)2個機組用電供電點（每兩臺機組共用一個機組自用電），每個機組用電供電點均設(shè)2臺變壓器互為備用，供電點的雙回路電源分別引自不同的廠用電11 kV母線。每個供電點0.4 kV側(cè)采用單母線分段接線，兩段0.4 kV母線間設(shè)備自投母聯(lián)斷路器，互為備用供電。

電站公用電：電站公用電負荷主要包括電站除機組用電負荷外的輔助設(shè)施用電、暖通空調(diào)用電、檢修用電等。公用電負荷容量大，且在廠房分布范圍大，因而每個電廠設(shè)2組公用電供電點。每個供電點設(shè)2臺變壓器（互為備用），兩回電源分別由不同的廠用電11 kV母線引接;0.4 kV接線為單母線分段，母聯(lián)開關(guān)設(shè)置備用電源自投裝置。

廠內(nèi)照明供電：電廠廠內(nèi)照明設(shè)備設(shè)置1個照明供電點，配有2臺變壓器，2臺變壓器互為備用。照明供電的雙回路電源分別引自不同的廠用電11 kV母線，低壓0.4 kV側(cè)采用單母線分段接線方式，母聯(lián)斷路器設(shè)置備用電源自投裝置。為保證廠內(nèi)照明電壓質(zhì)量，照明供電采用兩臺有載調(diào)壓變壓器。為保證火災(zāi)事故情況下正常工作和人員疏散，配置應(yīng)急照明和疏散指示標志照明。事故照明電源采用EPS應(yīng)急電源系統(tǒng)。

進廠公路供電：進廠交通洞廠房側(cè)設(shè)置了工作照明分電箱和事故照明分電箱，電源分別取自照明專用變壓器和EPS應(yīng)急電源;隧道燈在洞壁兩側(cè)交錯布置，取其中等布置間距1/3數(shù)量交錯布置燈具為事故照明燈具，以滿足在應(yīng)急狀態(tài)下的基本照度要求。

（3）壩區(qū)建筑物供電。根據(jù)各個樞紐建筑物的布置和供電需求，從廠房11 kV廠用電母線引出兩回電源至溢洪道11 kV配電裝置，溢洪道和進水口分別設(shè)置1個11/0.4 kV變電所，每個變電所配置兩臺變壓器，互為備用，變電所電源均引自溢洪道11 kV配電裝置。業(yè)主營地電源引自溢洪道11 kV配電裝置。

（4）柴油發(fā)電機供電。為了保證溢洪道泄洪設(shè)施的安全運行、1臺機組啟動及廠房內(nèi)滲漏排水泵的供電要求，在泄水閘供電點附近設(shè)置了一臺容量600 kW柴油發(fā)電機組，接至溢洪道變電站0.4 kV母線上。

廠內(nèi)設(shè)1臺600 kW柴油發(fā)電機接至1號和2號機組自用電供電點、3號和4號機組自用電供電點、1號公用電供電點的0.4 kV母線上，在500 kV系統(tǒng)發(fā)生故障、全廠停機的極端情況下作為電站的黑啟動電源，同時也可作為廠內(nèi)緊急事故保安電源（如滲漏排水等）。廠用電及壩區(qū)供電接線圖如圖1所示。

3 廠用電系統(tǒng)設(shè)備的選擇

廠內(nèi)15.75/11 kV高廠變按工程全部廠用電負荷計算值計及（包括廠內(nèi)機組自用電、公用電、照明用電、溢洪道、進水口、業(yè)主營地及公路照明用電等）。4組（單相）高廠變對應(yīng)4段11 kV母線，分兩組運行，考慮負荷不平衡，每組兩段母線承擔60%～70%全樞紐總負荷，則任一（3臺單相）高廠變?nèi)萘咳?0%～70%全樞紐總負荷。計算1臺單相高廠變所承擔的最大負荷約為1 132.54 kVA，故廠內(nèi)15.75/11kV高壓廠用變壓器選用12臺2 000 kVA的單相干式變壓器，可以滿足全廠負荷用電需求。

廠內(nèi)機組自用電最大計算負荷為1 335.5 kVA。由于電站內(nèi)共設(shè)有兩個自用電供電點，按照每個供電點承擔一半負荷的原則進行分配，并考慮適當備用容量，1號自用電11/0.4 kV廠用變壓器和2 號自用電11/0.4 kV廠用變壓器分別選用兩臺1 000 kVA的廠用變壓器。

廠內(nèi)公用電最大計算負荷為2 396.5 kVA。由于電站內(nèi)共設(shè)有兩個電站公用電供電點，因此，對負荷按照一定原則進行分配，并考慮適當備用容量，1號公用電11/0.4 kV廠用變壓器選用兩臺2 000 kVA的廠用變壓器， 2 號公用電11/0.4 kV廠用變壓器選用兩臺1 250 kVA的廠用變壓器。

廠內(nèi)照明計算負荷約為280 kVA，考慮適當備用容量，廠內(nèi)照明11/0.4 kV變壓器選用兩臺500 kVA的廠用變壓器可以滿足廠內(nèi)照明用電負荷的用電需求。

溢洪道變電所最大計算負荷為1 363.65 kVA，考慮適當備用容量，溢洪道11/0.4 kV變壓器選用兩臺1 600 kVA的廠用變壓器。

進水口變電所最大計算負荷為339.3 kVA，考慮適當備用容量，進水口11/0.4 kV變壓器選用兩臺630 kVA的廠用變壓器。

道路照明的計算負荷約為70 kVA，考慮適當備用容量，11/0.4 kV箱式變壓器暫按100 kVA選擇。

4 廠用電運行方式

正常運行時廠內(nèi)400 V 分段母線分開單獨運行，連接柴油發(fā)電機回路的斷路器斷開，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1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)兩臺變壓器均故障的情況下，由柴油發(fā)電機供電。

進水口、溢洪道運行工況：正常運行時由廠內(nèi)11 kV母線供電，故障工況下由溢洪道柴油發(fā)電機供電。

5 結(jié) 語

廠用電系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)系到電廠的效益及溢洪道泄洪設(shè)施的安全運行，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，應(yīng)追求安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理。在設(shè)計初須根據(jù)當?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，須先對廠用電負荷進行分析統(tǒng)計，確保各設(shè)備的選擇滿足不同工況下運行要求。本文通過對巴基斯坦卡洛特水電站的廠用電系統(tǒng)設(shè)計總結(jié)，可為類似工程提供借鑒。

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（編輯：李 晗）

Design of auxiliary power system for Karot Hydropower Station

XU Zecheng，DONG Xiaoning，WANG Shuqing，LIU Jiang

（Changjiang Survey，Planning， Design and Research Co.，Ltd.， Wuhan 430010，China）

Abstract： The power supply range of the auxiliary power system of Karot Hydropower Station includes the powerhouse， spillway， water inlet and dam area， and the power load is relatively scattered， which requires higher reliability， so the auxiliary power system is more complex than the common hydropower station. Based on the characteristics of the power supply system of Karot hydropower station， this paper expounds the power supply lead， connection mode and operation mode of the power supply system. The results show that the design of Kalot hydropower plant power system is safe， reliable， economical and reasonable， which can protect the safe and stable operation of the hydropower plant.

Key words： auxiliary power system;? power supply reliability; Karot Hydropower Station; Pakistan