布隆迪胡濟巴濟水電站送出線方案改變及對運行影響分析

周敏利

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 前言

胡濟巴濟水電站位于非洲布隆迪共和國中南部的胡濟巴濟河上，壩址位于河口上游約7 km 處，廠址位于首都布瓊布拉以南約43 km 的坦噶尼喀湖邊。胡濟巴濟水電站采用徑流引水式開發(fā)，水庫正常蓄水位1 172.00 m，總庫容6.47 萬m3，電站裝機3 臺、總裝機容量15 MW，機型為沖擊臥式機組、地面廠房及出線廠。該水電站勘探、設(shè)計、采購、施工、監(jiān)理都由中方提供，根據(jù)中國商務(wù)部與布國政府簽訂的協(xié)議，中方負責(zé)整個工程建設(shè)完成發(fā)電并提供運維技術(shù)支持，本電站采用110 kV出線1 回，送至布隆迪擬建的卡貝茲110 kV 變電站，輸電線路長約28.4 km；電站出線廠至卡貝茲約28.4 km 的110 kV 等級輸電線路由中方負責(zé)建設(shè)，而布隆迪政府則負責(zé)在卡貝茲建設(shè)110 kV 變電站，通過卡貝茲變電站連結(jié)布國30 kV 電網(wǎng)向首都布瓊布拉供電，另設(shè)1 回30 kV 出線與蒙嘎拉原有線路連接，再通過魯蒙格（配電站）-馬塔那（配電站）-布瓊布拉30 kV 線路，形成一個環(huán)網(wǎng)供電，該連結(jié)輸電線路也由布隆迪政府負責(zé)建設(shè)實施。

2 概述

在實際工程項目的實施過程中，中方按期完成了工程的建設(shè)，110 kV 送出線路于2022 年4 月全部線路試驗完成，電站首臺機組于2022 年5 月1 日動態(tài)調(diào)試完成，準備進行涉網(wǎng)調(diào)試時，收到了布國能源司的書面函件，表示由于受到多方面影響，卡貝茲變電站至少6 個月內(nèi)都不能完成建設(shè)投用，所以110 kV 線路暫時不能投運，又由于原計劃的蒙嘎拉線路老舊，負荷容量較?。▋H4 MW），不能滿足電站機組涉網(wǎng)試驗要求，更無法滿足滿負荷送電要求，希望中方改變原方案，重新討論確定新的可行的送電方案來解決此問題，還希望送電至魯蒙格配電站的線路單獨孤網(wǎng)運行。

2.1 原設(shè)計且已經(jīng)施工完成的送電方案規(guī)劃

本電站采用110 kV 出線1 回，送至布隆迪擬建的卡貝茲110 kV 變電站，輸電線路長約28.4 km；另設(shè)1 回30 kV 出線與蒙嘎拉原有線路連接，通過魯蒙格配電站連結(jié)已有的布瓊布拉電網(wǎng)，所有的工程項目都已經(jīng)由中方施工驗收完成，具備投運條件。電氣主接線圖如圖1 所示。

圖1 胡濟巴濟電氣主接線圖

圖中主要設(shè)備名稱及參數(shù)：

1G、2G、3G：水輪發(fā)電機組，SFW5000-10/2150，Pn=5 000 kW，600 r/min，Un=6 300 V，cosΦ=0.8

MTR1：三相三圈變壓器，SS11-12500/110，12 500 kVA，121±2×2.5%/33±2×2.5%/6.3 kV，U1-3=10.5%，U1-2=18%，U2-3=6.5%，YN，yn0,d11；

MTR2：三相雙圈變壓器，S11-6300/110，6 300 kVA，121±2×2.5%/6.3 kV，Uk=10.5%，YN,d11；

CB：高壓真空斷路器，ZW7A-40.5，40.5 kV，2 000 A, 31.5 kA；

1CB1、1CB2：SF6斷路器，LW36-126，126 kV，3 150 A，31.5 kA

送電線路規(guī)劃：電站出線主要以1 回110 kV 線路接入系統(tǒng)送電至卡貝茲變電站，通過卡貝茲變電站降壓至30 kV 后接入首都電網(wǎng)，另有1 回30 kV出線連結(jié)蒙嘎拉原來線路，最終從布國南部繞東部接入首都電網(wǎng)，形成環(huán)網(wǎng)運行。

一次設(shè)備投運情況：發(fā)電機與主變壓器的組合方式采用1 個單元接線和1 個擴大單元接線，1 臺5 MW 發(fā)電機與1 臺容量為6.3 MVA 的升壓變組成單元接線，另外2 臺5 MW 發(fā)電機與1 臺容量為12.5 MVA 的三圈升壓變組成擴大單元接線。電站110 kV 側(cè)出線1 回，110 kV 側(cè)采用單母線接線方式。容量為12.5 MVA 的三圈變30 kV 側(cè)出線1 回，采用線變組出線方式。電站廠用電可從兩段發(fā)電機母線各取一回電源，設(shè)置2 臺6.3/0.4 kV 廠用變壓器，廠用電接線采用單母線分段形式，互為備用。廠房和壩區(qū)各設(shè)置1 臺容量160 kW 的柴油發(fā)電機組作為電站事故保安電源，通過6.3 kV 架空輸電線路聯(lián)結(jié)壩區(qū)、廠區(qū)及生活區(qū)。

2.2 送電線路方案修改實施情況

2.2.1 送電線路方案修改

通過布方政府和中方聯(lián)合專家組經(jīng)過充分的調(diào)研和討論后，聯(lián)合提出了通過110 kV 出線送電的臨時過渡方案：基本設(shè)想是利用已經(jīng)施工完成的110 kV 線路向首都方向送電，但線路運行電壓由設(shè)計110 kV 降為30 kV，用MTR2 變壓器30 kV 端口出線送電，通過計算后確定，線路也僅能滿足10 MW（12 500 kVA）電流容量，但本電站已經(jīng)具備3 臺機組滿負荷發(fā)電條件，為了不浪費多出的5 MW 電力，還需要增加臨時設(shè)備，滿足5 MW 的電力輸出需求，計劃輸送到布隆迪南部（魯蒙格方向）。 送電線路方案修改后一次出線如圖2 所示。

圖2 修改后的電氣主接線圖

增加設(shè)備及物資材料：一套110/30 kV 變壓器（型號：原德國產(chǎn)的容量為5 MVA，110±15%/30 kV，YN,d11），600 m 30 kV 高壓電纜（型號：ZR-YJV22-8.7/15-3×120 26/35 kV），用戶側(cè)30 kV 隔離刀閘一套，30 kV 真空斷路器一套，30 kV輸電桿塔若干，金具若干。

2.2.2 具體實施方案

斷開110 kV 首個出線塔上跳線，從MTR1（三相三圈變壓器）30 kV 出線端，用高壓電纜連結(jié)至首個出線塔對側(cè)，將原來的110 kV 線路當做30 kV輸電線路用，卡貝茲不需要變電站，中途增加30 kV塔桿約7 套共3 km 長線路，原來110 kV 終端直接利用此段30 kV 線路連結(jié)至布瓊布拉國家電網(wǎng)；在升壓站110 kV 出線側(cè)臨時增加一套原德國產(chǎn)的容量為5 MVA，110±15%/30 kV，YN，d11 型變壓器，再增設(shè)一套30 kV 高壓斷路器，利用高壓電纜直接連結(jié)至布加哈馬原有的30 kV 線路桿塔，在首桿上安裝戶外型隔離刀閘一套，向南部魯蒙格方向送電。

圖2 框中設(shè)備未設(shè)置在本電站升壓站內(nèi)，屬于新增設(shè)備，站內(nèi)未規(guī)劃位置，是在站外新開辟場地，臨時建設(shè)了主變基礎(chǔ)及道路，建蓋了高壓開關(guān)室，開挖電纜溝，并設(shè)置了配電箱及必要的照明。

2.2.3 現(xiàn)場投運設(shè)備及送電倒閘操作方案

向首都方向（卡貝茲）送電：首都方向負荷控制在10 MW 以內(nèi)，可以采取的送電方法如下：1 號、2號機組啟動并列運行，通過1 號主變30 kV 端，用發(fā)電機出口開關(guān)同期并網(wǎng)送電，斷開1CB1 斷路器；1號或者2 號中任何一臺機組和3 號機組并列運行，分別用發(fā)電機出口斷路器做同期并網(wǎng)開關(guān)向1 號主變送電，通過1 號主變30 kV 端向線路送電，此時2CB 斷開。

向魯蒙格方向送電：3 臺機組中任何1 臺機組通過1 號或者2 號主變壓器連結(jié)至110 kV 母線，再經(jīng)過3 號主變降壓至30 kV 向線路送電，此時負荷應(yīng)控制在4 MW 以內(nèi)。

同時向兩個方向送電：由3 號機組通過2 號變壓器經(jīng)過110 kV 母線再經(jīng)過3 號變壓器向魯蒙格（30 kV）方向送電，負荷控制在4 MW 內(nèi)，1 號、2號機組并列運行，通過1 號主變30 kV 端向首都方向送電，負荷控制10 MW 內(nèi)，此時特別注意的是需要斷開1CB1 斷路器，否則，由于兩邊線路電壓不一樣，會產(chǎn)生負荷逆流動（負功率）情況（現(xiàn)場試驗也是如此）。

2.3 送出線路投運后實際情況及注意事項

在胡濟巴濟水電站3 臺機組都已經(jīng)調(diào)試完成，正式投運后，實際的運行過程中遇到了很多的問題，而布隆迪國家能源司下屬水電公司也無法徹底妥善解決，很多情況下中方工程師都只能在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上對問題進行優(yōu)化處理。

問題1：魯蒙格方向電網(wǎng)是由首都30 kV 電網(wǎng)供電的，但是經(jīng)過了長距離的輸電，并且在中途經(jīng)過3 個配電站向地方送電，線路壓降很大，據(jù)現(xiàn)場測量，在出線廠內(nèi)30 kV 電網(wǎng)側(cè)線路電壓時常是26.5 kV~28 kV 之間，由于電壓過低，每次只能在發(fā)電機出口開關(guān)進行同期并網(wǎng)，在出線場30 kV 開關(guān)上進行同期試驗時，時常由于壓差過大并網(wǎng)不成功。

解決問題1 方法：在1 號變壓器30 kV 端調(diào)整檔位至最低檔，同時調(diào)整線路側(cè)變壓器至最高檔位，最終解決此問題，當然，情況允許時，盡量在發(fā)電機出口開關(guān)進行同期并網(wǎng)。

問題2：魯蒙格方向電網(wǎng)原來是連接布瓊布拉電網(wǎng)的，但因為線路及沿途開關(guān)設(shè)備老舊，經(jīng)常發(fā)生影響到首都電網(wǎng)系統(tǒng)崩潰的重大故障，布方希望能解決此問題。

解決問題2 方法：經(jīng)過中方工程師與布方討論后決定：正常情況從魯蒙格配電站斷開與國家電網(wǎng)連接，由胡濟巴濟機組帶這段孤網(wǎng)運行，3 臺機組調(diào)試時都需要分別獨立帶魯蒙格線路進行孤網(wǎng)運行試驗，確認任何一臺機組在特殊情況下都可以對魯蒙格線路送電，在同時向布瓊布拉及魯蒙格方向送電時需要斷開1 號主變110 kV 側(cè)斷路器，形成獨立的兩條線路，否則由于兩條線路電壓差距大，會形成倒送電情況，還造成了自動同期開關(guān)無法并網(wǎng)的情況，由于3 號變壓器容量僅5 MVA，且設(shè)備老舊，缺少過負荷保護，所以向魯蒙格線路送電的機組必須手動限荷，實際情況是機組出力控制在4 MW。最終形成一個電站內(nèi)2 臺機組并列運行、1 臺機組孤網(wǎng)運行的情況。

問題3：該電站屬于電網(wǎng)終端，本電站為了使胡濟巴濟水電站能正常并入首都電網(wǎng)，主變30 kV端出口檔位已經(jīng)調(diào)整至最低檔28.5 kV，此時的發(fā)電機機端電壓僅5.8 kV 左右，廠用電電壓僅350 V左右，過低的廠用電長期運行對用電設(shè)備損害極大。又由于其中一臺機組又做孤網(wǎng)運行，由于線路上基本都是照明等感性負載，無容性負載，并且負荷不穩(wěn)定，所以偶爾還需要發(fā)電機進項運行來調(diào)節(jié)電壓。

解決問題3 方法：建議布國在該線路上增加無功補償裝置，來提高線路的電壓，但此建議由于資金問題未能得到實施，現(xiàn)場只能聯(lián)系當?shù)氐恼{(diào)度機構(gòu)，適當讓系統(tǒng)內(nèi)的其他機組增發(fā)無功，但因為經(jīng)濟效益及調(diào)度系統(tǒng)未統(tǒng)一的關(guān)系，此建議也未得到實施。在這種情況下，現(xiàn)場對2 臺機組只能多發(fā)無功來補償電網(wǎng)，但另一臺機組又由于做孤網(wǎng)運行，在征得發(fā)電機廠家的同意后，又對全部機組做了進項運行試驗（原計劃不做此試驗），以便可以根據(jù)電網(wǎng)實際情況隨時改變機組運行狀態(tài)，以保證電網(wǎng)的穩(wěn)定。

2.4 多種運行方式下的影響分析

對廠用電的影響：由于布隆迪國家電網(wǎng)非常不穩(wěn)定，電網(wǎng)全系統(tǒng)崩潰發(fā)生非常頻繁，相應(yīng)的電站的機組時常由于電網(wǎng)原因造成事故停機，廠用電消失，只能啟動柴油機發(fā)電重新啟動機組；在這種情況下，為了保證在國家電網(wǎng)崩潰情況下，電站的廠用電能得到保證，同時也可以快速的重新向電網(wǎng)送電，采取了如下措施：無論是在枯水期還是豐水期，始終保證有一臺機組向魯蒙格南部電網(wǎng)方向送電，此時這臺機組屬于孤網(wǎng)運行，獨自帶1 段廠用電和一臺主變運行，以保證電廠用電有兩路獨立的電源，可以在其中一路電源受影響而斷開的情況下，用自動備投開關(guān)及時切換到另一路電源，不至于全廠斷電。實際上在布國電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，采用孤網(wǎng)運行的線路安全性能明顯高于110 kV 國家電網(wǎng)。

對運行設(shè)備操作的影響：由于送出線方案改變后，新增加了主變、斷路器等設(shè)備，并且在原來設(shè)計的基礎(chǔ)上又增加了單獨的對南部電網(wǎng)送電，增加了孤網(wǎng)運行方式，倒閘操作變的更為復(fù)雜，在只有兩臺機組運行時，并網(wǎng)運行還是分開單獨運行在經(jīng)濟性和安全性的考慮上尤為重要，電站在枯水期只能發(fā)兩臺機組的情況下，優(yōu)先選擇1 號機組做孤網(wǎng)運行，2 號或者3 號機組并入布國電網(wǎng)運行。

對電站運行的影響：在平時的運行監(jiān)視中，要隨時根據(jù)電壓來調(diào)整，電壓偏低要多發(fā)無功，電壓偏高要少發(fā)無功，通過調(diào)整有功和無功的比例，控制機端電壓和運行電流，確保發(fā)電機及廠內(nèi)設(shè)備在安全、經(jīng)濟的條件下運行。

3 結(jié)束語

對于境外工程，特別是非洲欠發(fā)達國家的電力工程，在實際的施工中會遇到各種各樣的困難，例如：缺少各種配套設(shè)施、缺少各種物資、缺少國家統(tǒng)一的標準或者用多個國家或者組織的標準，政策的不確定性，極容易由于前期對本地的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)施情況、政策及標準了解不夠而造成如本文中所說的現(xiàn)場方案大的改動，而對于這種情況，多數(shù)情況下外方無論是技術(shù)還是設(shè)備都不具備能力，在此種條件下，本案例解決現(xiàn)場問題的方法及遇到的后期問題，能給予境外類似工程一個很好的借鑒，如何在有限的預(yù)算及工期內(nèi)保證一個水電站滿足設(shè)計目標要求完成投產(chǎn)。