水電站電氣主接線方案比選

□龔定文

（廣州市水務規劃勘測設計研究院）

1 前言

近年來，隨著中國對水電站建設規模的逐漸擴大，以及對水電站建設要求的越來越高，促使水電站建設企業必須對現有的施工技術、方案進行優化，并采用先進的技術和性能良好的設備來建設水電站。在水電站工程中，電氣主接線方案的選定對水電站運行的穩定性和可靠性有著直接的關系，直接影響水電站的運行維護和投資成本。

2 水電站系統的接入方式

某水電站，將110 kV 等級作為接入系統的方式。110 kV共有4回出線，其中，2回出線的截面設計為LGJ 185，而線路長度則設計為2 km×6 km。1回出線的截面設計成LGJ 240，而線路長度則設計成11 km。1回出線的截面設計成LGJ 300，而線路長度則設計成52 km。

該水電的主要優勢為梯級運行與聯合調度等，對水資源進行合理利用，實現流域梯級調度，其主要功能有促進系統效益、承擔事故備用、調相、調頻、調峰以及供電等，能夠對運行方案進行靈活操控，在提高電網穩定性、優化供電質量以及促進電站經濟效益等方面有著重要作用。該水電站于2010年建成并投入運行，在長期工作中，經受了不同工況條件的考驗，該系統具備可靠、穩定、安全以及靈活的特點，主要原因在于電氣接線方案非常合理，考驗保證不同設備之間的穩定配合，促使系統功能得到充分發揮。

3 接線方案比較、選擇研究

該水電站出力在8.56 MW 以上，近年年均發電量達到1.44 億KW·h，并且裝機每年利用小時數高達3 806 h。結合該水電站經濟合理、接線清晰以及供電可靠等接線設計原則。按照該電站裝機容量、規程規范以及系統接入方式等，在設計環節中，需要認真比較以下設計方案。

3.1 發電機接線方案

3.1.1 擴大模塊接線與單元接線的組合方案

在10.50 kV 系統中采取該方案，即采取方案一。擬選用SF9 16000/110與SF9 31500/110型號主變壓器一臺。

缺陷：在主變壓器法身故障時，會對與之相連機組送電穩定性造成影響。并且擴大單元接線中需要承擔生活區供電以及電站生產負荷等，在機組出現停機故障時，會對相應的區域的供電穩定性造成影響。

優點：接線簡單、運維便捷。10.50 kV 系統中主要為抵押設備，設備布置便捷。設備能夠穩定運行，維護工作簡單、較少，可以實現少人值守或是無人值守。能夠對設備運行進行靈活控制。

3.1.2 單母線分段接線方案

在10.50 kV 系統中采取該方案，即采取方案二。擬選用SF9 16000/110與SF9 31500/110型號主變壓器一臺。

缺陷：需要增設母線設備，基于設備增多情況，繼電保護更加復雜，并增加設備成本。

優點：接線簡單，運維便捷。可以采用成套的配電設備，使現場布置更加簡化，能夠有效提高Q 電站廠用供電的穩定性。一段母線與其連接設備進行檢修或是發生故障的情況下，可以運用另一端母線與設備進行送電，促使電站供電靈活性與有效性得到充分提高。

3.1.3 單母線部分斷接線方案

在10.50 kV 系統中采取該方案，即采取方案三。擬選用SF9 16000/110與SF9 31500/110型號主變壓器一臺。

缺陷：在電動機母線出現故障以及開展檢修工作時，需要將同時電站發電工作，因此，可靠性較差。

優點：接線簡單，運維方便。可以采用成套的配電設備，使現場布置更加簡化。并且該方案的繼電保護非常簡單。該電站接線方案存在差異，則其設備選用也會存在一定差異，其中，方案一的設備成本達到596.11萬元，而方案二的設備成本達到608.80萬元，另外，方案三設備成本達到591.20萬元。

3.1.4 三種方案經濟性與技術性比較

以技術角度分析，三種方案在運行方面有著較高的可靠性與安全性。然而在方案一中，電機電壓系統中的設備較少，因此，其繼電保護更加簡便，維護工作少。在對主變壓器進行檢修或是其出現故障時，與之相連機組無法進行電力輸送。在方案二中，對10.50 kV 系統中的母線設備進行了增設，使得其繼電保護更加復雜，運維不夠比便捷。在方案三中，電器電壓系統中的設備較少，然而在開展母線檢修工作或是母線出現故障的情況下，需要停電處理，因此其靈活性較低。以經濟角度分析，方案三建設成本最低，方案二從建設成本最高，兩者相差17.60萬元。

在對交通條件、氣候環境、經濟合理、管理水平以及運維靈活等諸多因素進行綜合考慮之后，發電機系統接線工作建議選擇方案一，經專家組對該方案進行了核定，同時表示認可，結合Q電站實際情況，發電機系統最佳接線方案為方案一。在其長期運行考驗，使得該方案的安全性、可靠性、技術先進以及經濟合理等要求得到有效驗證。見圖1。

圖1 發電機電壓系統接線圖

3.2 升高電壓系統接線方案比較與選擇

3.2.1 單母線分段接線方案

缺陷：進行斷路器檢修工作時，需要對所連回路進行停電出力。在分段斷路器出現故障情況下，需要全場停電，將隔離開關拉開之后，母線通過解列方式運行，開展檢修工作時，也可以通過解列方式運行。相比于單母線接線，增加斷路器與相應設備之后，布置面積也會隨之增加。

優點：接線簡單，運維便捷。在各條出線與進線中，均設有獨立斷路器，因此，彼此之間不會產生影響。由斷路器開展運行操作，可以實現遠動化與自動化目標。隔離開關僅僅應用于母線檢修以及線路檢修等隔離操作中，進而控制失誤問題。繼電保護非常簡單，對于出線與進線回路不用嚴格對應，并且電能通過母線向各條出線輸送，其可靠性低于雙母線而高于單母線。

3.2.2 單母線帶旁路接線方案

缺陷：對母線與其所連設備進行檢修或是其發生故障時，需要停電才能開展相關工作。相比于單母線分段，該方案的斷路器少一組，然而需要增設隔離開關與旁路母線，布置更加復雜。

優點：接線簡單，運維便捷。在各條出線與進線中，均設有獨立斷路器，因此，彼此之間不會產生影響。由斷路器開展運行操作，可以實現遠動化與自動化目標。繼電保護非常簡單，對于出線與進線回路不用嚴格對應，并且電能通過母線向各條出線輸送，配置更加靈活。

3.2.3 雙母線接線方案

缺陷：隔離開關增加，因此提高了設備成本。母線切換操作非常復雜，極易產生失誤問題，對遠動化與自動化建設造成阻礙。母聯斷路器發生故障之后，需要對全廠進行停電處理。

優點：接線簡單，運維便捷。在各條出線與進線中，均設有獨立斷路器，因此，彼此之間不會產生影響。一組母線與相應的設備發生故障時，不會對另一條母線工作造成影響，對故障母線回路與另一條母線進行切換即能夠恢復供電。見圖2。

圖2 升高電壓系統接線圖

3.2.4 三種方案比較

通過對建設成本、安全性、靈活性以及經濟性等方面進行綜合考慮，應該選用方案一，專家組對該方案進行了核定，表示認可，結合該電站實際情況，發電機系統最佳接線方案為方案一。在長期運行考驗中，使得該方案的安全性、可靠性、技術先進以及經濟合理等要求得到有效驗證。

4 結語

綜上所述，在水電站設計施工以及運行管理等方面，需要以主接線為依據。通過實踐證明，該水電站電氣接線方案為實現流域梯級調度夯實了基礎，該水電站自投入運行以來，僅產生2 次故障問題，因此，其具有良好的可靠性與靈活性。若是今后相關人員設計類似接線方式時，可以參考Q水電站工程設計方案，進而節約建設成本，提高建設質量。