越南萊州水電站電氣一次設計研究

舒 適

（中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

越南萊州水電站位于越南萊州省芒岱縣，距首都河內約640km，為越南第三大裝機水電站，裝機容量僅次于越南山蘿、和平水電站，業主為越南電力公司下屬的第一水電管理局。電站采用碾壓混凝土重力壩及壩后式廠房，安裝3臺混流式水輪發電機組，單機容量為400MVA，總裝機容量為1200MVA，電站設計年均發電量為46.7億kW·h，項目建成后可以提高越南電網的供電容量，對保障當地電網穩定、促進經濟發展具有重要的意義。確保將水能有效轉換成電能并送至電力系統，同時保障全廠設備安全用電是電站電氣一次設計的重要內容，其設計范圍主要包括電氣主接線設計、廠用電系統設計、照明及小動力設計、接地設計等方面，標準主要參照IEC規范。

1 電氣主接線設計

水電站電氣主接線主要受裝機臺數、容量及接入系統要求等條件約束。根據當地接入系統設計要求，萊州水電站以2回500kV出線送至山蘿變電站，并在每回出線設置一組50MV的并聯電抗器，以滿足系統對無功要求。

電氣主接線設計需滿足以下要求：（1）可靠性高。（2）運行靈活、檢修方便、開停機操作簡單。（3）經濟合理、技術先進。（4）繼電保護和控制簡單可靠[1]。

發電機與變壓器組合通常有單元接線、擴大單元接線、聯合單元接線，考慮電站的裝機臺數及規模，采用單元接線，即每臺發電機各自和1臺容量為467MVA的500kV三相主變相接。采用此種方式接線簡單清晰，運行靈活，繼電保護簡單，主變故障或檢修時僅本臺機組容量受阻，影響范圍小，可靠性高。

電站500kV高壓側3回進線，2回出線，可采用單母線接線、雙母線接線、角形接線等方式，結合當地電網習慣，采用五角形接線，該接線在任一斷路器故障時能確保全廠容量正常送出。任一出線故障不影響電站機組的正常運行，另一回出線可以送出全廠的全部容量，可靠性高。電站的正常運行操作由斷路器進行，隔離開關只作為斷路器或進出線回路檢修隔離之用，結合電站布置，500kV設備采用GIS。

考慮電站機組容量及特性，發電機中性點采用經接地變壓器的高電阻接地方式。發電機出口設置發電機出口斷路器，考慮電站廠房布置較為緊湊，將電壓互感器、避雷器等集成至發電機出口斷路器中。

電站機組制動采用電氣制動和機械制動相結合的方式，并設置專用電制動設備，加入電制動可以克服純機械制動方式存在制動閘塊磨損大、產生粉塵污染定子線圈和噪聲大的弊端，改善機組自動系統運行條件，延長使用壽命，減少檢修工作量和強度。當機組轉速為50%的額定轉速時，投入電氣制動；當轉速下降到額定轉速的5%～10%時，投入機械制動至停機；當電氣制動或發電機內部故障時采用機械制動。電站主要設備參數如表1所示，電氣主接線圖如圖1所示。

表1 電站主要設備參數

圖1 電氣主接線圖

2 廠用電系統設計

電站廠用電系統設計主要為電站所有用電負荷提供供電網絡，以便各設備能可靠合理用電，設計范圍主要包括廠用電源設置、廠用電電壓選擇、廠用電接線等[2]。

結合水電站相關設計要求，該電站廠用工作電源取自主變壓器低壓側，以保證在機組停機時可從系統倒送廠用電，備用電源取自當地6.3kV電網，同時為提高電站運行的安全性和可靠性，電站設置柴油發電機組作為電站的保安電源。

該電站廠用電供電范圍包括機組自用電、全廠公用電、進水口設備用電、溢洪道設備用電等。由于電站規模較大，各用電負荷又相對比較分散，若只采用0.4kV一級電壓供電，將導致許多用電負荷在供電距離、電壓升降等方面超出低壓供電的允許范圍，無法滿足電站用電負荷的供電要求，結合當地用電習慣，電站采用6.3kV和0.4kV兩級電壓供電的方式。

結合當地設計習慣，電站設2臺高壓廠用變壓器（18kV、6.3kV）作為廠用電工作電源，經負荷計算每臺變壓器容量設為4000kVA，分別從I號和II號主變壓器的低壓側取電；設6.3kV外來電源2回，從當地電網終端塔經電纜接入電站6.3kV系統。設低壓柴油發電機組兩臺變壓器（0.4kV、6.3kV）升壓后接入電站6.3kV系統；全廠6.3kV系統共設4段母線，主變低壓側電源分別接至I、II段母線，III段、IV段母線各接入1組柴油發電機、1組6.3kV外來電源。I段和II段、III段和IV段之間通過母聯斷路器連接，I段和II段母線主要連接全廠公用電系統，III段和IV段母線因接入柴油發電機及外來電源，供電可靠性大于I段和II段母線，因此大壩及溢洪道等關系到全廠安全的重要負荷接入該母線上，I段和III段、II段和IV段之間通過電纜連接以組成完整的6.3kV系統。正常運行時，I段和II段母線單獨運行，III段和IV段分別由I段和II段母線供電；當I號和II號高壓廠用變壓器失電時，投入與之相連的外來電源給相應母線供電；若I段和II段母線全部失電時，I段和II段母線之間的母聯斷路器自動投入，一臺高壓廠用變壓器帶全廠負荷；當I段和II段母線全部失電時，I段和II段母聯斷路器跳閘后，兩臺柴油發電機組自動啟動，提供保安電源。為了提高廠用電供電的安全性和可靠性，電站0.4kV系統采用機組自用電、公用電、大壩用電、泄洪用電分開供電方式。

3 照明及小動力系統設計

照明及小動力系統主要負責全廠正常照明、應急照明、小型設備用插座，系統覆蓋全廠，設計范圍大。良好的照明及小動力系統設計可以提升全廠的工作環境，給全廠運行維護創造良好的條件。全廠正常照明設置2段母線，每段母線2回進線，并通過ATS開關進行切換以提高正常照明供電可靠性；應急照明設置專門的緊急電源系統，其電源取自電站直流系統；考慮小型設備用插座無需過高的供電可靠性，插座電源取自全廠公用電系統；因廠房區域范圍較大，為確保全廠各區域照明及小動力系統取電便利性，在全廠各區域設置相應的照明配電箱、插座配電箱，并根據各分支線路負荷選擇合適截面進線，確保照明燈具、插座能正常工作。

燈具按相應照度要求進行布置，并盡量滿足整齊美觀要求，考慮水電站運行環境較為復雜，不同房間對燈具類型、光源有特定要求，因此應根據實際情況選擇相應的燈具。在蝸殼層、水輪機層等處，由于濕度大，為提高照明可靠性，需采用防水性能好的燈具，如防水型熒光燈；對于發電機層，由于高度高、區域大、照度要求高，需采用光通量較大的金鹵燈；中控室、辦公室等房間大多進行了吊頂，且要求美觀性，采用柵格燈等嵌入式燈具；在電纜廊道等照度要求不高的照明場所，采用功率較小的節能燈降低照明能耗；大壩、進廠道路等區域采用穿透性較好的燈具，如鈉燈。因電站正常照明、事故照明燈具都取自交流電源，因此全廠燈具都可采用交流燈具，這樣不僅確保了燈具的統一性，還降低了照明系統的運維難度。

4 接地系統設計

接地系統主要用于保證人身安全和電站安全可靠運行，接地系統有工作接地、保護接地等類型，工作接地主要包括變壓器中性點接地，保護接地主要包含地下接地網、設備接地等。該電站地下主接地網區域包含大壩、溢洪道、廠房、尾水等區域，廠房區域采用銅接地體并分層進行敷設、其他區域主要采用鍍鋅鋼材。根據電站入地短路電流和當地設計要求，全廠接地電阻按不大于0.5Ω進行設計。為確保各設備能可靠接地，主接地網引出至全廠各區域，并在合適位置預留接地銅板，各設備采用銅絞線和接地銅板進行連接從而接入全廠接地網。銅絞線截面根據設備類型進行選擇，對于發電機、發電機電壓配電裝置、主變、廠用電系統等重要設備采用2根銅絞線作為接地連接體；其他用電負荷根據負荷類型、容量選擇不同截面的銅絞線。為確保接地系統能穩固連接，接地連接線之間、接地連接線與接地銅板都采用放熱焊進行連接。

5 設計編碼

水電站設備多，系統復雜，對其進行統一的編碼可以明確各級系統、設備和部件的相互關系，降低維護成本，改善運行維護效率。KKS編碼自誕生以來，因其在電廠規劃設計、工程建設和經營管理過程之中的優勢，已成為世界范圍內廣泛運用的發電廠設備編碼系統[3]。該電站電氣一次設計過程中結合KKS編碼原則，制訂該電站的編碼系統，以便對各系統進行快速識別，為電站的運行維護及信息化奠定基礎。以電站6.3kV系統的工藝相關標識編碼為例，根據編碼規則，第I段母線的第一面柜子可編為20BBA01GH001，其余情況類似。

6 結束語

萊州水電站電氣一次設計過程中，結合了相關規范和業主要求，并根據項目實際情況對各系統設計方案進行了確認，電站的安全性、可靠性、經濟性、易維護性是該設計的基本出發點。目前電站已投產發電，各電氣系統運行良好，且產生了良好的經濟和社會效益。