旭龍水電站施工期供電系統(tǒng)永臨結(jié)合方案研究

劉亞青 崔磊 歐陽(yáng)友 陽(yáng)少華

摘要：旭龍水電站位于金沙江上游，兩岸分屬國(guó)家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)轄區(qū)。站址地形復(fù)雜、電網(wǎng)架構(gòu)薄弱，施工變電站選址和電源接入問(wèn)題突出。在分析周邊電源、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，從可靠性、協(xié)調(diào)難度、建設(shè)難度等方面進(jìn)行比選分析，提出了施工變電站位于金沙江右岸南網(wǎng)轄區(qū)范圍，就地π接當(dāng)?shù)?10 kV線路；將地方小水電引入該電站，用于提高用電可靠性。在該電站左岸同時(shí)推薦建設(shè)1座35 kV施工變電站，用于保障前期施工供電和后期外來(lái)廠用電源，以降低后期國(guó)網(wǎng)、南網(wǎng)電源電氣互聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)。研究成果可為類似電站施工電源、電站備用電源方案選擇提供參考。

關(guān)鍵詞：施工變電站； 施工用電； 備用電源； 旭龍水電站； 金沙江

中圖法分類號(hào)：TV52

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.05.015

文章編號(hào)：1006-0081（2024）05-0081-05

0 引言

大中型水電站建設(shè)時(shí)，為了保障工程施工用電負(fù)荷，一般需建設(shè)施工變電站［1］。施工變電站建設(shè)期為施工系統(tǒng)進(jìn)行供電，運(yùn)行期可轉(zhuǎn)為外來(lái)電源，保障水電站廠用電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定［2］。因此，施工變電站容量選擇既要滿足施工用電需求，也要滿足廠用電備用電源需求［3-5］。一直以來(lái)，水電站施工電源和廠用電外來(lái)電源的有機(jī)結(jié)合是廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)［6-8］。

位于四川、云南、西藏等地的水電站建設(shè)往往面臨地形地質(zhì)條件復(fù)雜、變電站選址困難、電網(wǎng)架構(gòu)薄弱、跨轄區(qū)供電等情況，導(dǎo)致施工供電選擇困難。在瀾滄江流域、雅礱江流域以及西藏等地區(qū)的水電站施工供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程設(shè)計(jì)人員綜合地區(qū)電網(wǎng)架構(gòu)、電站特點(diǎn)等相關(guān)要素，分析后擬定了供電方案［9-11］。

旭龍水電站施工供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了常規(guī)水電站施工供電系統(tǒng)面臨的電源選擇、站址選擇、系統(tǒng)架構(gòu)問(wèn)題之外，還要面臨以下4個(gè)方面的問(wèn)題：① 電站位于云南、四川兩省交界界河，站址在南方電網(wǎng)轄區(qū)，主電站送電國(guó)家電網(wǎng)，兩網(wǎng)協(xié)調(diào)難度大；② 周邊電網(wǎng)薄弱，供電安全難以保障；③ 為了滿足生態(tài)紅線要求，線路選擇難度大；④ 施工供電兼顧運(yùn)行期備用電源，需統(tǒng)籌考慮。

為確定旭龍水電站施工供電系統(tǒng)，同時(shí)為類似界河電站施工供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考，本文在分析周邊電源、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，從可靠性、協(xié)調(diào)難度、建設(shè)難度等方面進(jìn)行綜合考慮，提出了水電站施工供電系統(tǒng)方案。

1 工程概況

旭龍水電站位于云南省德欽縣與四川省得榮縣交界的金沙江干流上游河段，電站裝設(shè)4臺(tái)600 MW水輪發(fā)電機(jī)組，多年平均年發(fā)電量106.68億kW·h，是“十四五”期間開工建設(shè)的首座大型水電開發(fā)能源項(xiàng)目，也是金沙江上游最大的水電站。旭龍水電站于2022年6月通過(guò)國(guó)家核準(zhǔn)，目前已全面進(jìn)入工程主體建設(shè)階段，計(jì)劃2029年6月底首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。

旭龍水電站施工用電設(shè)備總安裝容量約81 750 kW，分析施工進(jìn)度安排及用電負(fù)荷特征，處于大壩及引水發(fā)電系統(tǒng)的混凝土高峰施工階段，同時(shí)又在進(jìn)行水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪拼裝，施工用電最大負(fù)荷約31 500 kW。

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合類似旭龍水電站布局型式、大型水電工程施工及施工用電設(shè)備特點(diǎn)，按最大計(jì)算負(fù)荷31 500 kW劃分各級(jí)施工用電負(fù)荷，一級(jí)用電負(fù)荷約4 230 kW，二級(jí)用電負(fù)荷約3 600 kW，一二級(jí)用電負(fù)荷合計(jì)7 830 kW，三級(jí)及其他用電負(fù)荷約23 670 kW。

根據(jù)上述用電負(fù)荷分級(jí)及負(fù)荷容量，旭龍水電站施工用電電源宜接入35 kV及以上電網(wǎng)。

2 周邊電網(wǎng)情況

2.1 四川電網(wǎng)

四川電網(wǎng)在旭龍水電站周邊的110 kV電源有得榮110 kV變電站和茨巫220 kV變電站，35 kV電源為得榮110 kV變電站及因都?jí)?5 kV變電站，其中，因都?jí)?5 kV變電站電源引自得榮110 kV變電站。

根據(jù)從地方供電部門收集的資料以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，在左岸壩址約3 km處規(guī)劃有一座徐龍35 kV變電站，為用戶變電站，安裝1臺(tái)35/10 kV、3 150 kVA變壓器，可提供35 kV電源及10 kV電源，但目前尚未建設(shè)，且無(wú)法明確旭龍工程（含籌建期）開工前是否能順利建成投運(yùn)。左岸壩址約10 km處一座日雨電站，規(guī)劃2回35 kV送出，一回至得榮變，一回至徐龍變，目前兩回線路均未投運(yùn)。

得榮110 kV變電站于2015年建成投產(chǎn)，遠(yuǎn)期2×40 MVA，本期建成1×40 MVA，電壓等級(jí)110/35/10 kV，距離旭龍水電站站址直線距離約14 km。110 kV配電裝置進(jìn)出線總數(shù)為4回，現(xiàn)已用110 kV出線間隔1回，即得榮110 kV變-茨巫220 kV變，110 kV線路長(zhǎng)43.5 km，導(dǎo)線型號(hào)LGJ-240，本期及最終采用單母線分段接線。35 kV進(jìn)出線間隔為5回，目前已經(jīng)全部使用，站內(nèi)僅預(yù)留間隔布置場(chǎng)地。得榮110 kV變電站電源引自茨巫220 kV變電站。

茨巫220 kV變電站于2015年建成投產(chǎn)，遠(yuǎn)期2×180 MVA，本期為1×180 MVA，電壓等級(jí)為220/110/10 kV，距離旭龍站址直線距離約50 km。

2.2 云南電網(wǎng)

云南電網(wǎng)在旭龍水電站周邊的110 kV電源有110 kV里瓦線（里農(nóng)變-瓦卡變）、茂頂河梯級(jí)電站及升平110 kV變電站；無(wú)35 kV電源。

110 kV里瓦線長(zhǎng)度94 km，導(dǎo)線型號(hào)LGJ-150，旭龍電站在里瓦線距離瓦卡變電站約65 km處附近，距離里瓦線約1 km。里農(nóng)變電站為終端變電站，向附近的銅礦供電，最高負(fù)荷約8 000 kW，一般運(yùn)行負(fù)荷在5 000～6 000 kW之間。里瓦線上T接有茂頂河一級(jí)（15.9 MW）和二級(jí)（24 MW）梯級(jí)水電站，目前正常運(yùn)行中。

茂頂河梯級(jí)電站包括茂頂河一級(jí)（15.9 MW）和二級(jí)（24 MW），T接于110 kV里瓦線，兩個(gè)電站不同月份的出力之和情況如表1所示，在考慮給里農(nóng)變附近的銅礦供電的情況下，茂頂河梯級(jí)電站僅豐水期（5～11月）能給旭龍水電站供給富余電能，枯水期則無(wú)富余電能。

2.3 周邊電網(wǎng)情況分析

按旭龍水電站最大施工用電負(fù)荷31 500 kW考慮，根據(jù)四川、云南電網(wǎng)情況，周邊無(wú)合適的35 kV電源，因此施工電源宜采用110 kV電壓等級(jí)。四川側(cè)110 kV電源包括得榮110 kV變電站和茨巫220 kV變電站，而得榮110 kV變電站電源引自茨巫220 kV變電站。因此，無(wú)論從得榮變還是茨巫變引接電源，均為同一電源，任意兩個(gè)電源組合不構(gòu)成雙電源供電。考慮得榮變距離旭龍施工變距離最短，因此如從四川側(cè)引接電源，則推薦得榮110 kV變。云南側(cè)電源包括升平110 kV變電站、瓦卡110 kV變電站以及茂頂河梯級(jí)電站，其中，茂頂河梯級(jí)電站僅豐水期能滿足一定容量的施工負(fù)荷。

由于旭龍水電站屬于界河電站，主要施工區(qū)及施工系統(tǒng)均位于金沙江右岸的云南電網(wǎng)供電范圍，左岸為四川電網(wǎng)供電范圍。云南電網(wǎng)和四川電網(wǎng)分屬南方電網(wǎng)和國(guó)家電網(wǎng)。因此，如同時(shí)從兩側(cè)引接電源，則存在兩網(wǎng)協(xié)調(diào)的難題。

3 接入電源方案研究

3.1 電源接入比選方案

根據(jù)周邊電源分布情況，結(jié)合110 kV電源調(diào)研和溝通情況，配置了不同的電源接入方案（圖1）如下。

（1） 方案1。雙電源供電（得榮110 kV變電站+110 kV里瓦線），1回接得榮110 kV變電站，1回T接110 kV里瓦線。

（2） 方案2。雙電源供電（得榮110 kV變電站+110 kV里瓦線），1回接得榮110 kV變電站，2回π接110 kV里瓦線。

（3） 方案3。雙電源供電（升平110 kV變電站+110 kV里瓦線），1回接升平110 kV變電站，2回π接110 kV里瓦線。

（4） 方案4。準(zhǔn)雙電源供電（茂頂河電站+110 kV里瓦線），1回接茂頂河110 kV開關(guān)站（原茂頂河電站-里瓦110 kV線路解開），2回π接110 kV里瓦線。

（5） 方案5。雙電源供電（茂頂河電站+110 kV里瓦線），2回π接至茂頂河電站-里瓦110 kV線路。

（6） 方案6。單電源供電（里農(nóng)110 kV變電站），1回接里農(nóng)110 kV變電站。

（7） 方案7。單電源供電（110 kV里瓦線），1回T接里瓦線。

（8） 方案8。單電源供電（茂頂河110 kV開關(guān)站），1回接茂頂河二級(jí)電站110 kV開關(guān)站（擴(kuò)建間隔）。

（9） 方案9。單電源供電（瓦卡110 kV變電站），1回接瓦卡110 kV變電站。

（10） 方案10。單電源供電（升平110 kV變電站），1回接升平110 kV變電站。

（11） 方案11。單電源供電（得榮110 kV變電站），1回接得榮110 kV變電站。

3.2 方案比選

3.2.1 可靠性

（1） 方案1，2，3采用雙電源供電方案，供電可靠性高。

（2） 方案4，5采用里瓦線主供、茂頂河水電站備供的方案。由于茂頂河水電站枯水期無(wú)富余電能，且當(dāng)里瓦線因故障切除后，茂頂河電站直供旭龍施工用電負(fù)荷，形成孤網(wǎng)運(yùn)行，因機(jī)組出力特性和負(fù)荷特點(diǎn)，施工負(fù)荷變化大且沖擊性負(fù)荷多，將導(dǎo)致孤網(wǎng)供電的穩(wěn)定性問(wèn)題，存在不可控因素，有損失負(fù)荷的較大風(fēng)險(xiǎn)。因此，方案4，5可靠性一般。

（3） 方案6～11均采用單電源供電方案，供電可靠性最低。根據(jù)GB 50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電，二級(jí)負(fù)荷宜由雙重電源供電。旭龍施工負(fù)荷中，一級(jí)負(fù)荷約4 230 kW，二級(jí)負(fù)荷約3 600 kW。因此，如采用上述方案，為保障施工區(qū)用電可靠性，還需配置一定容量的備用電源，保障用電可靠性。

3.2.2 協(xié)調(diào)難度

（1） 方案1，2需同時(shí)接入南方電網(wǎng)和國(guó)家電網(wǎng)，協(xié)調(diào)難度大，目前尚未有相關(guān)有利政策支持。方案11也涉及將四川側(cè)電源引入云南區(qū)域，行政審批難度大。

（2） 方案3和10需接入升平變電站。旭龍施工變-升平線路長(zhǎng)度32 km，途徑白馬雪山等生態(tài)紅線核心區(qū)域，線路核準(zhǔn)難度高。方案6新建線路約28 km，沿線線路走廊較為緊張，實(shí)施難度較高。方案9新建線路約60 km，沿線線路走廊穿越三江并流保護(hù)區(qū)，實(shí)施難度高。

（3） 方案4，5，7中需要對(duì)里瓦線及相關(guān)支線進(jìn)行T接或π接改造，對(duì)電網(wǎng)供電可靠性存在不利影響，不符合電網(wǎng)運(yùn)行管理要求，需要電網(wǎng)公司予以支持。

（4） 方案8直接接入茂頂河二級(jí)電站，不涉及主網(wǎng)線路，施工期不需要對(duì)主網(wǎng)進(jìn)行停電。

3.2.3 施工期供電和運(yùn)行期用電負(fù)荷

（1） 旭龍水電站施工期一級(jí)用電負(fù)荷約4 230 kW，二級(jí)用電負(fù)荷約3 600 kW，一二級(jí)用電負(fù)荷合計(jì)7 830 kW，三級(jí)及其他用電負(fù)荷約23 670 kW。從滿足各級(jí)負(fù)荷供電的角度考慮，方案1，2，3雙電源供電，供電容量滿足要求，供電要求符合度最好。

（2） 方案4，5第二電源茂頂河12月至第二年4月不具備雙電源供電條件?？紤]施工用電負(fù)荷是逐年變化的，枯水期不滿足要求的年份主要集中在第5～7年，在配置一定的保障措施之后，也存在一定的可行性?？傮w供電要求符合度一般。

（3） 方案6～11均采用單電源供電方案，供電符合度最低。

（4） 運(yùn)行期廠用電備用電源6 000 kW，按照規(guī)范要求僅1回電源即可。方案1～11均滿足要求，但是考慮電站主送國(guó)網(wǎng)，方案1，2均有國(guó)網(wǎng)電源，較為合適；其他方案符合度一般。

針對(duì)上述方案，綜合可靠性、協(xié)調(diào)審批難度、兩網(wǎng)融合難度、線路建設(shè)難度、用電負(fù)荷符合度等各方面分析后，經(jīng)過(guò)與電網(wǎng)部門充分溝通，最終推薦方案4。

3.3 施工電源保障方案

旭龍110 kV施工變電站最終審定通過(guò)的接入系統(tǒng)方案為方案4。該方案為準(zhǔn)雙電源供電方案，因此為保障一級(jí)負(fù)荷供電可靠性，后續(xù)將要求施工單位自備一定容量的柴油發(fā)電機(jī)作為主供電源故障后的備用電源。

考慮到電力系統(tǒng)接入審批情況，從既有電網(wǎng)中直接引入第二電源行政審批難度大，目前不具備可行性，因此擬采用用戶自建電源的方式。用戶自建電源包括如下4種方案：① 方案1：自建重油發(fā)電站；② 方案2：自建柴油發(fā)電站；③ 方案3：自建光伏+儲(chǔ)能電站；④ 方案4：改建周邊小水電。

供電可靠性保障措施投資從大到小依次為：方案1，2，3，4。建設(shè)、協(xié)調(diào)、審批難度從大到小依次為：方案1，3，2，4。供電可靠性從高到低依次為：方案1，2，3，4；其中，方案1，2，3在參數(shù)配置合理情況下供電可靠性相同。

方案1，2由于行政審批難度大、建設(shè)周期長(zhǎng)，如考慮連續(xù)長(zhǎng)期運(yùn)行，則需配置一定容量的燃料站，將影響旭龍電站既有可研審定方案。

方案4在聯(lián)合茂頂河電站運(yùn)行情況下，如不考慮非施工用電負(fù)荷、周邊居民用電負(fù)荷情況下，僅能滿足旭龍施工期一級(jí)負(fù)荷的供電要求。

方案3投資適中，可靠性適中，推薦方案3。但由于儲(chǔ)能容量配置有限，該方案對(duì)施工供電的工作備用等方面所起的作用較為有限，最終要結(jié)合周邊光伏資源開發(fā)情況確定。基于此，在110 kV施工變電站中預(yù)留了相應(yīng)的間隔。

4 外來(lái)廠用電源研究

旭龍水電站裝4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)變組合采用單元接線，每臺(tái)機(jī)端設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器。從發(fā)電機(jī)電壓母線（主變低壓側(cè)）引接廠用電源，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)能夠提供高可靠性的供電電源，當(dāng)機(jī)組停機(jī)時(shí)，還能從系統(tǒng)倒送廠用電，也能保證供電電源的可靠性。

原可研階段暫定施工供電電源引自電站施工變電站，位于右岸云南電網(wǎng)供電范圍；但在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，由于主電站存在接入四川電網(wǎng)的可能，廠用電源如引自云南電網(wǎng)，則又存在兩網(wǎng)協(xié)調(diào)的問(wèn)題。因此，在左岸設(shè)置了來(lái)自四川電網(wǎng)的1回35 kV施工電源。如該電站送電四川，當(dāng)電站廠用電源不能從機(jī)端及500 kV系統(tǒng)倒送電時(shí)，從左岸施工變電站提供10 kV電源作為電站廠用電備用電源。

如果電力系統(tǒng)發(fā)生大面積停電事故，可能同時(shí)失去電站廠用電系統(tǒng)工作電源和備用電源，為了確保大壩泄洪及電站安全，保證泄洪設(shè)施操作和電站保安負(fù)荷運(yùn)行，可在大壩設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組作為保安電源。

5 結(jié)論

（1） 結(jié)合旭龍水電站的施工用電負(fù)荷及周邊電網(wǎng)條件，最終選定110 kV電壓等級(jí)接入周邊電網(wǎng)，作為施工期的主供電源。

（2） 由于旭龍水電站位于金沙江右岸，屬于云南和四川交界處，兩地電網(wǎng)分屬國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)，且兩岸的地區(qū)電網(wǎng)都較為薄弱，最終選定的方案π接當(dāng)?shù)?10 kV線路，同時(shí)將地方小水電引入該電站，兼顧提高用電可靠性。

（3） 推薦在周邊開發(fā)光伏電站，作為施工變電站的補(bǔ)充電源，進(jìn)一步提高用電可靠性。

（4） 由于旭龍水電站施工變電站電源引自南方電網(wǎng)，考慮后期主電站接入國(guó)家電網(wǎng)，在電站左岸同時(shí)推薦建設(shè)1座35 kV施工變電站，用于保障前期施工供電和后期外來(lái)廠用電源。

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編輯：李慧

Research on permanent and temporary combined power system during construction of Xulong Hydropower Station

LIU Yaqing，CUI Lei，OUYANG You，YANG Shaohua

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

Abstract：

Xulong Hydropower Station is located on the upstream of Jinsha River，where two sides of the river banks is supplied by State Grid and China Southern Power Grid respectively.The selection of location and power access for construction substation is difficult because of the complex terrain and weak power grid.The power access of the area and power grid structure were analyzed，and based on the comparison of reliability，coordination and construction difficulty，the permanent and temporary combined power system for construction was proposed.The construction substation would be located at the right bank of Jinsha River，which was accessed to 110 kV power grid line with π type，and the small local hydropower stations would be accessed to the construction substation to improve its reliability.A 35 kV construction substation would be constructed at the left bank of Jinsha River to improve its reliability，provide standby power supply for auxiliary power system，and to reduce the risk of electrical interconnection between the National and Southern power grids.The research can provide a reference for the selection of backup power supply schemes for similar power station.

Key words：

construction substation； construction power supply； standby power supply； Xulong Hydropower Station； Jinsha River

收稿日期：2023-11-01

作者簡(jiǎn)介：劉亞青，男，高級(jí)工程師，博士，主要從事水利水電工程電氣一次設(shè)計(jì)工作。E-mail：liuyaqing@cjwsjy.com.cn