黃家寨水電站電氣一次設計

摘 要：合理電氣一次設計方案，對于確保水電站發(fā)變電運行，具有較高的技術可靠性和節(jié)能經濟性尤為重要。結合黃家寨水電站電氣一次設計實例，從主接線方案比選、廠用電方案確定、電氣設備選型、設備布置等方面，對水電站電氣一次設計技術要點進行了認真探討。

關鍵詞：水電站；電氣一次；變壓器；電氣設備

1 電站與電力系統(tǒng)的接入方式

黃家寨水電站位于貴州省水城縣猴場鄉(xiāng)古牛河上，距水城縣85公里，距米籮鄉(xiāng)約17公里?，F階段暫按電站35kV出線一回，接在110kV米籮變電站的35kV母線上，作為上網落點，并接受供電局地調的調度。電站暫不考慮調相運行方式。電站距米籮變電站的輸電距離約17km，輸送容量約9.8MW，多年平均年發(fā)電量為3826萬kW.h時，按年利用小時為3904h。豐水期在系統(tǒng)中承擔基荷，由于保證出力僅為805kW，枯水期采用停機蓄水-發(fā)電的運行方式，避免機組長期在低負荷下運行，客觀上又參與了調峰運行；水輪發(fā)電機運行工況主要為停機、1臺發(fā)電、2臺發(fā)電三種工況。

2 電氣一次方案技術經濟比選

2.1 主接線的初擬及比選

發(fā)電機和變壓器的組合方式，作了以下三個方案進行比較：

方案一：兩機一變，發(fā)電機電壓6.3kV側為單母線接線；升高電壓35kV側采用變壓器線路組接線。主變?yōu)橐慌_雙線圈變壓器（容量12.5MVA）。

方案二：一機一變，發(fā)電機電壓側采用發(fā)電機變壓器組單元接線，升高電壓35kV側單母線接線。主變?yōu)閮膳_雙線圈變壓器（容量6.3MVA）。

方案三：兩機兩變，發(fā)電機側為單母線斷路器分段接線；升高電壓35kV側采用單母線接線。兩臺主變均為雙線圈變壓器（單臺容量為6.3MVA）。

三個方案的技術比較。從供電可靠性、動行靈活性方面考慮：方案二、三高于方案一，但方案二、三發(fā)電機電壓設備和升高電壓設備多，布置占地方，維護檢修工作量比大，這方面不及方案一優(yōu)越。三個方案經濟性，比較方案二、三接線比方案一接線所需的主變及高壓斷路器數量多，設備投資比方案一增加85萬元和103萬元左右，加上土建、保護、運輸及其他費用，增加的綜合投資更大。雖然單母線接線（方案一）可靠性方案（二、三）低，但是主變壓器是靜止元件，可靠性本來就很高，出現故障的情況十分罕見，所以主變臺數對可靠性的影響并不很明顯。

綜上所述，推薦方案一為本電站的電氣主接線。

2.2 廠用電及壩區(qū)用電

2.2.1 廠用電電源

初擬裝兩臺廠用變，一臺接在發(fā)電機電壓母線上，可靠性高，且經濟，是水電站取得廠用電源的常用方式；另一臺接在35kV線路斷路器外側，可不經主變便可從網上倒送廠用電。考慮初擬的廠用電氣設備容量和檢修負荷，現階段接于發(fā)電機母線的廠用變壓器的容量暫按315kVA考慮，當本臺廠用變壓器檢修或出現故障時，另一臺廠用變壓器能擔負正常運行的廠用電負荷或短時最大負荷。因此，接于網上電源的廠用變壓器容量初選為250kVA。

2.2.2 廠用電接線方式

（1）廠用電接線。電站裝機容量為9.8MW，屬于小型電站，廠用電供電方式采用機組自用電與全廠公用電的混合供電方式。廠內及其附近的廠用電低壓負荷采用由廠用盤直供，或通過廠用盤到配電箱供電方式，配電箱布置于所供電的負荷附近。對于可靠性要求較高或者容量較大的負荷，從廠用盤直接以單層輻射供電。

（2）壩區(qū)用電。壩區(qū)離廠房約0.3km，現階段考慮該電站建成后的生活區(qū)用電情況，因此由廠房經升壓變壓器引一回10.5kV線路，向壩區(qū)和生活區(qū)供電。變壓器的容量按壩區(qū)和生活區(qū)的負荷大小決定，現階段均按200kVA考慮。由于壩區(qū)有泄洪弧形工作閘門，必須保持壩區(qū)有兩個獨立的供電電源。為此，在保留的壩區(qū)施工線路上再接一臺200kVA的降壓變壓器，作為壩區(qū)的備用電源。壩區(qū)設一個低壓配電室，向用電設備采用單層幅射供電。而壩區(qū)兩臺降壓變壓器應盡量靠近該室布置（可布置在П型終端桿上）。壩區(qū)低壓用電系統(tǒng)，采用單母線分段接線形式，對兩電源進采用機械閉鎖裝置，以防非同期合閘。對泄洪弧形工作閘門保證獨立的雙電源供電。

2.2.3 廠用電設備選擇

400V配電裝置選用GCSK型低壓配電屏。布置在戶內的廠用變壓器，采用樹脂澆注干式變壓器，布置在戶外的采用油浸式變壓器。

3 主要電氣設備選型

發(fā)電機電壓6.3kV系統(tǒng)和升高電壓35kV系統(tǒng)選擇成套高壓開關柜，發(fā)電機主回路選用銅母線。發(fā)電機出口斷路器采用能開斷40%直流分量的ZN63A（VS1）型斷路器，以滿足開斷直流分量和減少操作過電壓的要求。

（1）6.3kV開關柜成套設備（含發(fā)電機出口斷路器柜）：共8面，型號KYN28A-12系列；額定電壓7.2kV；額定頻率50HZ；額定電流2000A；額定短路開斷電流31.5KA，25KA；額定短路關合電流（峰值）63KA，80KA；額定熱穩(wěn)電流（4S）25KA，31.5KA；額定短路開斷電流開斷次數50次；機械壽命20000次。

（2）主變壓器：型號S9-12500/35；額定電壓38.5±2×2.5%/6.3kV；容量12.5MVA；接線組別YNd11；自然冷卻；阻抗電壓8%；1臺。

（3）廠用變壓器：型號SCB10-315/6.3和S9-250/35各一臺；額定電壓6.3±5%/0.4kV和38.5±2×2.5%/6.3kV；容量315kVA和250kVA；接線組別Dyn11；阻抗電壓4%和6.5%。

（4）35kV開關柜（含出線斷路器柜）：型號XGN17-40.5系列；3面；額定電壓40.5kV；額定頻率50HZ；額定電流1250A；額定短路開斷電流25KA；額定短路關合電流（峰值）63KA；額定熱穩(wěn)電流（4S）25KA；額定短路開斷電流開斷次數30次；機械壽命10000次。

4 電氣一次設備布置

電站設副廠房，布置在主廠房上游側。以便電氣設備與水機設備分區(qū)布置。主副廠房的電氣設備布置要滿足安全凈距的要求，各種通道要便于運行巡視操作，搬運檢修和事故處理。設備的具體位置要盡量考慮縮短連接導體的長度。在總體布置滿足要求的前提下，也盡量考慮節(jié)省土建費用。在主廠房上游側按機組段，布置有勵磁屏、發(fā)電機保護屏、測溫制動屏、機組現地單元LCU屏等機旁屏。副廠房總共分四層，其中副廠房一、二層全長32.9m。第一層寬7.142m，位于796.55m高程，高4.63m（由副廠房第二層和安裝間同高來決定），布置發(fā)電機主引出線、勵磁變、干式廠用變等；另外在本層還布置了儀器儀表室和樓梯間。第二層位于801.11m高程，與安裝間同高，寬7.142m。該層布置有中控室、35kV高關柜室、通信室及其他功能室，如布置了過道及搬運能道。副廠房第三、四層全長為10.88m，第三層為電纜夾層，寬7.142m，位于806.38m高程，本層高3.05m。第四層是6.3kV高壓開關柜室，寬7.142m，位于809.43m高程，本層高3.95m。發(fā)電機出線采用銅母線，主變低壓側采用敞開式硬母線。主變壓器布置在副廠房右端且緊靠副廠房的801.11m高程上，運輸方便。

5 結束語

在水電站電氣一次設計過程中，經技術、經濟等方面進行綜合比較，優(yōu)選符合工程特性的主接線方案尤為重要，采用先進功能齊全自動化水平較高的電氣一次設備，不僅可以提高水電站發(fā)變電的安全可靠性，同時可以有效減少水電站發(fā)變電設備占地面積，確保水電站投資建設具有較高的技術可靠性和經濟效益。

作者簡介：張飛躍（1987-），漢，本科，助理工程師，主要從事水利水電電氣工程設計工作。