郁江老口樞紐工程水電站電氣主接線設計

張 麗

（廣西水利電力勘測設計研究院，南寧 530023）

郁江老口樞紐工程水電站電氣主接線設計

張 麗

（廣西水利電力勘測設計研究院，南寧 530023）

介紹了廣西郁江老口樞紐水電站工程接入系統的方式和電氣主接線選擇。通過對發電機電壓側及升高電壓側接線組合型式的技術經濟比較、并結合主要電氣設備技術參數選擇、設備布置和運輸方案進行綜合論證，最終選定老口樞紐水電站電氣主接線最優方案。

電氣主接線；接入系統；技術經濟比較；設備選擇；設備布置；老口樞紐

1 概述

廣西郁江老口樞紐壩址位于南寧市區，左、右江匯合口下游4.7km的郁江上游河段，上游分別距右江金雞灘水電站壩址121km，距左江山秀水電站壩址84km，下游距西津樞紐壩址204km。老口樞紐是郁江綜合利用規劃十個梯級中自上而下的第七個梯級，是一座以防洪、航運為主，結合發電兼顧改善南寧市水環境等效益的水資源綜合利用工程；是右江實現III級航道目標的重要工程，也是實施郁江流域防洪規劃的關鍵性工程。

老口樞紐系低水頭閘壩型攔河工程，樞紐建筑物由2×1 000t級頂推船隊的一線船閘、河床式水電站、平底閘型式泄水閘壩、接頭壩、副壩、魚道等建筑物組成。

老口水電站為樞紐工程配套項目，距南寧市約28km，供電范圍主要為南寧市區電網內的用電負荷。老口水電站裝設有5臺單機容量30 MW的燈泡貫流式機組，多年平均發電量639.82 GW·h，裝機利用小時數4 265h，電站設計水平年為2020年。

2 電站接入電力系統方式[1]

根據《廣西郁江老口航運樞紐工程接入系統專題報告》及2009年9月廣西電網公司《關于廣西郁江老口航運樞紐工程接入系統有關問題的批復》，老口水電站主要通過南寧市220 kV石西變電站向南寧市區電網供電，從電站所處位置、裝機容量、送電方向和電網發展等情況出發，并結合石西變220 kV和110 kV出線情況，確定老口水電站接入系統方案為：出線電壓等級采用110 kV，出線2回，雙回路均接入220 kV石西變，線路長約2×8km，導線截面均選用630mm2。

3 電氣主接線選擇

3.1 發電機電壓側接線及升壓變壓器選擇

老口水電站發電機電壓側初擬2個接線方案進行技術經濟比較：

（1）方案一。采用兩組擴大單元接線型式，其中2臺機組與1臺70 MVA的升壓變壓器連接成擴大單元接線；另3臺機組與1臺100 MVA升壓變壓器連接成擴大單元接線。

（2）方案二。采用5組單元接線型式，5臺機組分別與5臺40 MVA升壓變壓器連接成發-變組單元接線。

方案一接線清晰，運行維護方便，與方案二比較，發電機電壓設備及變壓器最少，節省設備投資，變壓器的電能損耗減少，并可減少相應升壓變壓器高壓側出線，簡化高壓側接線和配電裝置布置。方案二接線清晰，運行靈活，可靠性高，但設備多，投資大。根據目前國內常規中型水電站電氣主接線設計經驗，擴大單元接線能保證電站的運行可靠、靈活，又減少設備及土建投資。因此推薦方案一為發電機電壓側接線方案。

3.2 升高電壓側接線

根據老口水電站接入電力系統方式和發電機電壓側接線的選定，升高電壓110 kV側2進2出，初選3個接線方案進行技術經濟比較：

（1）方案一。110 kV高壓側采用單母線分段接線方式，2回送電線路均采用LGJ—630導線，能將電站全部電能輸送出去。

（2）方案二。110 kV高壓側采用外橋接線，送電線路導線牌號、送電距離和容量與方案一相同。

（3）方案三。110 kV高壓側采用單母線接線方式，送電線路導線牌號、送電距離和容量與方案一相同。

電氣主接線方案接線見圖1。

圖1 電氣主接線圖

3.3 技術經濟比較

方案一110 kV高壓側采用單母線分段接線簡單清晰，電能由母線集中后分別向各回路供電，配置靈活，每一進出線回路由各自斷路器操作，相互之間不影響，便于實現自動化、遠動化、繼電保護簡單，配電裝置布置靈活，當一段110 kV母線故障或檢修時電站仍可以通過另外一段母線送電；110 kV送電線路通過電站110 kV母線斷路器分隔，可避免系統環網運行。方案二外橋接線雖然高壓斷路器數量比方案一少，設備投資省，但缺點是1臺主變壓器故障或檢修，必須同時斷開2臺斷路器，并短時切除1回送電線路；橋連斷路器故障時會造成全廠停機，當該斷路器檢修時，2回線路需解列運行；且橋形接線的主變和線路的繼電保護較復雜，可靠性稍差；不利于電站擴建。方案三接線及優缺點與方案一相似，比方案一少1個母線聯絡間隔，投資稍少，但110 kV母線故障會影響全廠電能送出，且單母線接線在運行時受系統影響較大，可靠性和靈活性比方案一稍差。綜上所述，從長期運行的靈活性、穩定性及經濟性考慮，設計推薦方案一為110 kV升壓側接線方式。《廣西郁江老口航運樞紐工程接入系統專題報告》也推薦電站110 kV側采用單母線分段接線型式。

電氣主接線方案技術經濟比較見表1：

表1 電氣主接線技術經濟比較表

3.4 水電站電氣主接線方案選定

經過技術經濟比較，推薦老口水電站電氣主接線方案為：發電機電壓側采用兩組擴大單元接線型式，其中2臺機組與1臺70 MVA的升壓變壓器連接成擴大單元接線，另3臺機組與1臺100 MVA升壓變壓器連接成擴大單元接線；110 kV升高電壓側采用單母線分段接線型式。

廣西電網公司《關于廣西郁江老口航運樞紐工程接入系統有關問題的批復》也同意此接線型式。

3.5 主要電氣設備選擇

（1）三相短路電流計算。三相短路電流是根據設計水平年的電力系統資料和老口水電站發電機及變壓器等主要設備參數進行計算，老口水電站110 kV升壓側母線的三相短路電流為12.92 kA；10.5 kV兩機一變擴大單元母線的三相短路電流為40.22 kA，三機一變擴大單元母線的三相短路電流為54.21 kA。

（2）發電機電壓設備。發電機電壓側采用成套鎧裝移開式金屬封閉高壓開關柜，柜車采用中置式結構，發電機進線采用專用真空型發電機斷路器，根據計算，其額定電壓12 kV，按照《高壓交流發電機斷路器》GB/T14824-2008及《以對稱電流為基礎的交流高壓發電機斷路器》IEEEStdC37.013：1997要求，扣除一臺發電機故障電流后，發電機斷路器額定短路開斷電流均選定50 kA；額定短路關合電流（峰值）為137 kA；額定短路開斷電流直流分量要求達75％；當開斷系統側短路電流時額定瞬態恢復電壓幅值45 kV，當開斷發電機側短路電流時額定瞬態恢復電壓幅值27 kV。

（3）110 kV升壓配電裝置。通過對升壓變及GIS副廠房戶內布置方案、升壓變壓器廠房戶內布置及常規設備戶外升壓站布置方案、升壓變壓器及GIS廠房戶外布置等3個升壓配電裝置設備選型及布置方案進行了詳細的技術經濟比較，最終選定110 kV升壓配電裝置采用GIS全封閉組合電器設備，且升壓變及GIS副廠房戶內布置方案。選擇全封閉電器為運行和檢修人員的安全提供了保障，較大限度地減少由事故造成的損失，同時提高設備的可靠性，現場安裝及維護工作量少，且布置在廠房內GIS占地面積和空間小，方便架空出線的引出，對于生產管理及其方便，完全適應水電站“少人值班”的發展趨勢。

GIS額定短路開斷電流選定40 kA；額定短路關合電流（峰值）為100 kA。

（4）發電機中性點過電壓保護裝置。本工程兩機一變擴大單元發電機電壓回路電容電流約為2.8A＜4.0A；三機一變擴大單元發電機電壓回路電容電流約為4.2A＞4.0A，發電機中性點采用消弧線圈補償方式，以滿足運行要求。經計算，每臺機組消弧線圈的容量選擇為32.9 kVA，采用戶內柜裝布置方式。

（5）大件運輸。本工程采用垂直進廠形式，主變壓器和GIS設備通過公路運輸直達老口水電站的壩頂公路，使用壩頂門機經安裝間上游的運輸豎井垂直吊裝到安裝間，變壓器在安裝間內組裝完畢和進行現場試驗后，利用滾筒及卷揚機等臨時設備推放至位于安裝間下游的2個變壓器間內就位固定；GIS每個獨立運輸間隔通過設置在主變間內的吊物孔從安裝間吊至GIS層就位。

4 結語

水電站電氣主接線的選擇直接關系到工程設計的安全可靠性、科學性及經濟合理性。2014年11月26日，廣西郁江老口航運樞紐工程成功截流，水電站1#機組、2#機組及5#機組已分別于2015年7月4日、9月7日及12月正式并網發電，投入商業運行，截止目前，電站已連續安全穩定運行超出5 000h，實現了良好的經濟效益。

[1] 廣西電力工業勘察設計研究院.廣西郁江老口航運樞紐工程接入系統專題報告（系統一次補充材料）[R].南寧：廣西電力工業勘察設計研究院，2009.

（責任編輯：劉征湛）

Design of main electrical wiring for hydropower station of Laokou Complex

ZHANG Li
（Guangxi Water and Power Design Institute,Nanning 530023,China）

The hydropower station of Laokou Complex is located on Yujiang River in Guangxi.An introduction was made on the mode of connecting to power grid and selection of main electrical wiring for this hydropower station.Technical and economic comparison was conducted for the wiring combinations of generator voltage side and high voltage side,and discussion was made on the selection of technical parameters,arrangement and transport of main electrical equipment,based on which the optimum main electrical wiring scheme was determined.

Main electrical wiring;connecting to power grid;technical and economic comparison;selection of equipment;arrangement of equipment;Laokou Complex

TV73

B

1003-1510（2016）04-0076-04

2016-03-29

張 麗（1967-），女，海南文昌人，廣西水利電力勘測設計研究院高級工程師，主要從事水利水電機電設計工作。