抽水蓄能電站施工期供電系統永臨結合方案探討

李璟延，吳 強

（國網新源控股有限公司，北京市 100761）

1 概述

目前，抽水蓄能電站均存在建設規模大，廠用電負荷多，容量大，且布置分散的狀況，供電距離最遠達4～5kg，為了縮短低壓配電距離、減少電壓損失、提高供電可靠性，一般多按不同區域不同特性負荷性質分別設置低壓配電系統[3-4]。針對抽水蓄能電站特點分別配置多個獨立低壓供電點，如廠自用、主廠房公用、主變洞公用、檢修、排風豎井、保安、上庫、繼保樓、下庫進出水口、下庫大壩、業主營地、下庫管理用房、上庫管理用房、上下庫連接公路等。

抽水蓄能電站施工工期長，多為70～80個月左右，施工設施布置較為分散，用電負荷大，場內外供電設施較為復雜，為確保工期順利進展，必須對施工用電負荷、主要施工供電設施進行統一規劃。考慮到有些施工負荷區將會成為永久的生產負荷區，因此有必要將兩者結合起來統一設計規劃，采取必要措施，減少重復投資，提高電站供電設施利用效率和建設經濟效益。

2 廠用電系統設計

抽水蓄能電站廠房主要用電設備布置在地下洞室，廠房內通風空調、供排水、消防、照明等廠用電負荷較常規水電站大，按照設計常規其地面建筑如上庫、下庫、開關站、中控樓等生產用電均取自廠用電系統[5-7]。因此要求廠用電源有較高的供電可靠性和靈活性，以確保電站安全可靠運行。

根據規程規定[1-2]，廠用電源設置需滿足：當全廠機組運行時，有3個廠用電源；當部分機組運行時，至少有2個廠用電源；當全廠停機時，保證有2個廠用電源；當第一臺機組投運時，有2個廠用電源。目前抽水蓄能電站常規的電源有四種，分別是：從發電電動機出口引接一臺廠用電變壓器；從500kV系統倒送廠用電；從地區電網引接一回備用電源；此外，可設置柴油發電機或逆變電源裝置做應急電源。

廠用電輸送容量大，輸送距離遠，供電范圍廣。為保證安全、經濟供電和提高電能質量，一般多采用二級廠用電壓供電方式。根據電站用電負荷性質及輸電距離，宜選用10kV和400V兩級電壓供電。

廠用電是永久性用電電源，高壓廠用電分段接線；低壓廠用電接線，應按不同地區不同負荷特性分別設置獨立的低壓配電系統。一般低壓配電系統包括全廠供用電、機組自用電、主變洞、保安、檢修、上庫進出水口、開關站、下庫進出水口、業主營地、中控樓、導流泄放洞、引水調壓井等獨立低壓配電系統。

此外，廠用電系統需要根據廠用電負荷計算量來確定高壓廠用變壓器的容量和形式。柴油發電機是抽水蓄能電站應急電源，其容量需要結合電站應急負荷具體要求確定。

廠用電負荷按重要性可分為三類，Ⅰ類負荷停止供電，將使電站不能正常運行，允許中斷供電的時間根據負荷性質為自動或人工切換電源時間；Ⅱ類負荷短時停止供電不會影響電站正常運行，允許中斷供電的時間為人工切換操作或緊急修復時間；Ⅲ類負荷允許較長時間停電而不會影響電站正常運行。

廠用電最大負荷需按照各種運行方式分別進行分析和統計，如全部機組運行時，或部分機組大修，其余機組運行（包括調相時）時。廠用電最大負荷計算應考慮的因素包括：經常連續及經常短路運行的負荷；對于經常斷續運行的負荷，計算式應考慮同時率；對不經常連續及不經常短時運行的負荷，計算式應考慮設備組合運行情況；對不經常連續運行的負荷，僅需計入機組檢修時經常使用的負荷；對互為備用的電動機，只計算參加運行的部分；當由不同電源供電時，應分別計算該電源的最大負荷。

以某抽水蓄能電站廠用電最大負荷統計為例，如表1所示。

表1 廠用電最大負荷統計Tab.1 The maximum load statistics of plant power supplg

由表1得出各系統最大負荷總計為8243kW，根據廠用電系統分別按照負荷統計法和綜合系數法進行計算，取最大值作為廠用變壓器容量。

綜合系數法計算：

其中K0為廠用電負荷綜合系數，取值為0.75～0.78。

負荷統計法計算：

其中KV為廠用電系統網損率，取1.05；Kfg為全廠公用電負荷率，取0.72～0.74；Ktg為全廠公用電同時率，取0.73。

經兩種方法計算，比較得廠用變壓器最大容量為：Sjstotal=6182kVA。此時可選廠用高壓變壓器容量為6300kVA。

廠用電宜設置成與電源數量相匹配的分段母線，以某電站分段母線為例，四段母線間相互環形連接，確保每段母線有3個及以上供電電源，保證10kV母線供電可靠性，見圖1。

圖1 廠用電接線示意圖Fig．1 The plant power supply diagram

3 施工供電設計

施工供電系統設計需要結合電站所屬電網電源情況，以及工程樞紐布置、場內外交通和施工場地條件等綜合考慮。為便于抽水蓄能電站施工期管理，施工工廠及臨時設施布置一般多采用分區與相對集中相結合的布置方案，分成上庫工程區和下庫工程區兩大施工區域進行綜合規劃。

工程供電規劃設計需要密切跟蹤施工進度安排開展，根據施工進度主關鍵線路節點，計算抽水蓄能電站工程年度高峰負荷和工程年度用電量，綜合確定施工用電負荷。以某電站工程年高峰負荷和年度用電量估算為例，見圖2。

圖2 某電站年高峰負荷和年度用電量Fig．2 Annual peak load and annual electricity consumption of a power station

由圖2可知，采用需要系數法估算高峰用電時，該抽水蓄能工程施工用電設備額定功率合計約25700kW；采用負荷曲線法計算，施工期高峰用電發生在第4年，工程年度高峰用電負荷約6300kW，工程總用電量約為9676.2萬kWh。根據兩種高峰用電負荷計算結果和工程實際情況，可以確定工程施工期高峰用電負荷為6500kW。該工程施工用電負荷主要集中在上庫施工區、下庫施工區以及地下工程區，其用電高峰負荷分別為：2500、3000、3500kW。

根據設計要求，抽水蓄能工程施工現場Ⅰ類負荷主要包括井、洞內照明、排水、通風及基坑內排水，汛期防洪、泄洪設施等。單一電源無法保證連續供電，因此，施工期負荷宜采用環形網或雙回路供電布置。

施工供電電源選擇應結合工程所在地區電網供應狀況和工程施工特點，經技術經濟比較后確定。詳細調查工程所在地的供電條件，如果是35kV變電站，最好接兩回線路供電，以保證供電可靠性。如果是從110kV變電站引接電源，由于供電可靠性隨電壓等級一同升高，條件有限時，可以引接一路電源進入施工變電站。

根據規程要求，對工地因停電可能造成人身傷亡或設備事故，引起國家財產嚴重損失的Ⅰ類負荷必須保證連續供電，需設置兩個以上電源；若單電源供電，必須另設置備用電源。為保證抽水蓄能電站施工供電可靠，在各分區涉及重要負荷的有關變電站還需設置柴油發電機作為備用電源，以實現雙電源供電。

施工供電容量的選擇應滿足施工生產、生活用電高峰負荷需要。當工程附近電網容量滿足要求時，應優先利用電網供電；其次必須緊密結合施工年度高峰負荷估計量選取，確保所需變壓器投資合理可靠。

場內供電施工變電站至各分區的施工供電線路宜采用輻射式出線。根據施工區域劃分及劃分后各分區的用電負荷確定輸電線路回路數及線徑。當單回線路上負荷小于2000kW時，同方向用戶可在同線路上“T”接。當上/下庫區施工范圍較大或施工用電負荷較大時，可分別采用兩回線路供電。地下廠房及地下輸水系統等地下工程施工區應采用兩回線路供電。當受電源條件限制無法滿足兩回線路供電時，宜采用自備電源，以確保供電安全。當施工工廠和施工營地集中布置時，宜分別供電。若混合供電，則應在400V側的出線回路上分開配置。

當前，施工用電線路多采用架空線路。線路的路徑、走向和施工變的位置應避開施工開挖危險區和永久建筑物，并滿足地區防雷要求。場內外施工供電必須有合理的建設時序規劃。場內線路規劃區域廣、線路長、線路路徑常穿越山區地形。因此，為保證主體工程承包商進場后順利開工，施工供電場內外的供電設施建設宜安排在籌建期內開工。各分區及其之后的供電設施均應在主體工程承包人進點后再施工。

4 永臨結合方案

施工用電系統是階段性供電系統，其規劃建設與電站施工期的進展需求緊密相關，生命期隨著電站建設完成轉入運行而終止。抽水蓄能電站施工供電系統初始多是按照臨時性設施建設的，本身耐用性、可靠性有限；再加上抽水蓄能電站建設周期長，到轉運行時許多施工期供電電源和供電線路也已經到了使用壽命終點，沒有繼續保留的可能性，大多被拆除廢棄。

電站運行中廠用電系統在用電負荷區域，輸電線路、供電電源等許多方面與施工供電系統存在一定的重疊性。因此合理規劃建設施工供電系統，使某些臨時性的施工供電設置變成永久性建設，可以起到良好的經濟效益。

4.1 施工供電電源及保安電源的永臨設計

施工期供電系統永臨結合設計建設需要考慮的第一個關鍵點，就是施工供電電源的永臨設計。若當地電網可以作為電站永久備用電源時，施工電源容量宜結合永久備用電源負荷配置并建設。此時采購的施工變電站電壓器容量須有一定的運行裕度。此時施工變電站的控制系統也應留有電站計算機監控系統數據采集接口，以便在條件成熟時，接入電站計算機監控系統。

以某抽水蓄能電站35kV施工變電站為例，當電站全部機組投運后，各施工點臨時用電負荷已拆除，施工變電站不再需要為施工點提供電源。因此，廠用電備用電源可以從施工變電站變壓器低壓側引接。施工變電站永臨結合改造可以考慮：方案一：保留35kV進線電源，拆除所有35kV變電站設備；方案二：除10kV系統拆除外，其余設備全部保留；方案三：保留35kV變電站所有設備，并對施工變電站10kV開關設備進行改造。三種方案需要進行經濟技術比較，最終接線簡單、清晰、可靠和靈活的方案二具有優勢。方案二中電站永久運行期廠用電10kV供電系統已考慮在施工變電站附近設置兩段10kV母線，為業主營地綜合辦公樓供電，并在每段母線預留2～3個備用回路，滿足后期電站遠景發展負荷引接需要，保留變電站10kV母線意義不大。方案二較方案三拆除了10kV配電系統，后期運行維護工作量減少，開關站永久占地面積小；方案二相比方案一，保留了35kV變電設備，可節省設備投資約160萬元。

柴油發電機常常被選作電站保安電源，運行期配置在開關站旁邊，作為永久建筑建設柴油發電機房。某抽水蓄能電站因下庫有泄洪安保要求，故需要在施工期采購柴油發電機做備用電源；其容量可以滿足運行期保安負荷要求，則可放置在柴油發電機房，做運行期的事故保安電源使用。以某抽水蓄能電站為例，因為業主營地外接電源施工進度遲緩，故需單獨購置滿足保安負荷容量需要的柴油發電機，該柴油發電機在施工期用作業主營地建設電源，轉運行后放置柴油發電機房，可用作電站地下廠房事故保安電源。這兩個電站施工期在柴油發電機配置方面的考慮，為后續其他抽水蓄能電站施工期供電永臨結合提供了有益參考。

4.2 施工期供電線路的永臨設計

電網供電時，需從電網的發電廠或樞紐變電所架設10～110kV專用線路至工地，為抽水蓄能電站提供網測電源。當該專用線路的電壓為10kV時，宜在工地興建10kV開閉所，向工地生產、生活供電；當專用網源線的電壓為35～110kV時，需在工地興建35～110kV/10kV變電站，向生產、生活各用戶供電。當電站施工期線路具備轉運行后可以繼續利用，則適宜做永久線路設計建設。

場內供電線路規劃以招標階段施工總布置分區為基礎，分析主要供電分區，并結合各分區負荷情況及場內地形條件，對施工期場內供電線路進行規劃。上、下庫供電主要是為滿足上庫事故閘門用電、控制需要，上、下庫10kV工作電源和控制信號傳輸宜配置兩回相互獨立的通道，兩回電源互為備用，確保電源可靠安全。根據具體的線路走廊狀況、永臨結合可以考慮三種方案。方案一：兩回10kV電纜線路；方案二：一回10kV電纜線路，一回10kV架空線路；方案三：兩回架空線路。

以某抽水蓄能電站為例，采用方案一兩回電纜供電方案，一次性設備投資最高，但考慮到架空線路20年的運行維護費用，兩者投資差價有所降低。在電纜供電方案中，電纜布置在電纜溝內，受自然災害影響小、供電可靠性高、維護工作量小、對施工用電干擾小，電纜溝采用地下暗敷，工程區美觀整潔。綜合考慮，最后選取兩回10kV電纜，采用公路電纜溝與爬坡電纜架結合敷設。此方案較全程兩回公路電纜溝敷設可節約100萬元，且供電距離短，供電質量好。

4.3 施工變電站的永臨設計

施工變電站永臨結合設計建設時，土建、采暖通風、照明、消防、防雷等均應按照永久設施標準進行設計，其中消防系統設計宜與電站整體消防系統結合起來，在施工期留有與電站消防報警系統的接口。

施工變電站位置選擇應根據施工組織設計要求，基于接近施工用電負荷中心或配電中心、便于各級電壓線路引進和引出、減少施工干擾、避免地質災害和洪水的影響、節約用地等的原則，按相關標準執行。

5 結束語

抽水蓄能電站廠用電系統與施工供電系統永臨結合方案，主要應關注永久運行期上、下庫供電線路引接方式選擇，廠用電系統外來電源引接方式選擇，業主營地供電方式選擇等。在施工期供電工程招標前，需要對施工供電接線方案、線路配置等提出必要的設計要求，經綜合比較論證，盡可能保證永臨結合、節省投資，提高工程供電設施利用效率。同時為保證供電設備設施在永久運行時的安全可靠，電站建設期應重視永臨結合設備的使用、運行、維護、保養和管理。

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