引水式水電站廠用電設計研究

李 萍，盧萬里

（1.中國能源建設集團廣西電力設計有限公司，廣西 南寧 530023；2.廣西電網有限責任公司電力科學研究院，廣西 南寧 530023）

1 概述

引水式水電站屬水電站的一種，是利用引水系統集中水頭和引用流量以開發水能的水電站，其典型布置包括上游水庫、調壓井、壓力管道、發電廠房等。從廠用電的設計角度看，引水式水電站廠用電負荷區域比較分散、各區域之間的連接線路較長，因此需要根據工程特點，設計滿足廠用電可靠性的廠用電方案。現以老撾Houay Lamphan Gnai（HLG）為例，該水電站位于老撾南部，屬于典型的引水式水電站，共裝設2臺單機容量為44 MW的水輪發電機組，總裝機容量88 MW，采用115 kV電壓等級與系統網絡連接，115 kV出線共兩回，接至Sekong變電站。發電機與變壓器采用單元接線方式,發電機出口裝設發電機斷路器，115 kV側采用內橋接線。電站建成后主要任務是發電，以提高老撾南部地區的供電率，減少枯水期從鄰國進口電量，增加豐水期對鄰國出口電量；電站屬中型水電站，建成后將成為電網的重要電能來源，因此電站的安全、可靠、持續運行既關系到電網的安全，又關系到經濟效益，為此廠用電系統穩定可靠也成為重點。

2 廠用電系統接線型式及電壓等級分析

Houay Lamphan Gnai（會蘭龐雅）水電站屬引水式水電站，主要用電區域包括廠房、進水口、溢洪道、蝶閥室、生活區5大區域，而溢洪道、進水口、蝶閥室屬于引水系統，分散布置在引水系統的各點上，相距很遠，詳見圖1。因此廠用電設計的首要任務是明確各區域的供電電源及供電電壓等級。

圖1 用電區域分布圖

根據引水式電站的負荷特點，廠用電系統接線有3種基本型式。型式1，采用一級電壓供電，由發電機機端分別引接兩回廠用電電源，并通過兩臺廠用變壓器變壓至400 V，供發電廠房內負荷，另通過400 V架空/電纜線路向壩區及生活區供電。型式2，發電廠房內廠用電系統不變，另從1號機機端引接1回電源，通過電纜/架空線路向壩區及生活區供電。型式3，發電廠房內廠用電系統不變，另在廠房內設置高壓廠用電系統，400 V廠用電通過1臺廠用變壓器升壓至高壓，再通過高壓電纜/架空線路向壩區及生活區供電。3種接線型式技術對比如表1所示。

表1 接線型式技術對比表

HLG工程，用電區域分布較遠，不適合直接采用400 V電壓供電，綜合3種接線型式的優缺點，擬采用接線型式3為廠用電的基本型式，采用22 kV電壓作為區域間供電電壓等級。HLG水電站的特點是廠房、蝶閥室及生活區位置相對較近，線路約3 km左右，方便從廠房取電；而進水口、溢洪道與廠房距離較遠，線路約10 km以上，中間多為山林地。如直接從廠房架空線路，將涉及該區域的征地問題，施工難度很大，經實地調查，溢洪道附近有地方22 kV電網，因此進水口、溢洪道作為一個供電區域由地方電網取電。

根據NB/T35044[1]，廠房內廠用電的主電源由兩臺發電機機端匯流母線分別引接，電源由兩臺發電機機端供給或系統通過主變壓器倒送電，電壓11 kV；另一回電源自22 kV地方電網引接，與施工電源永臨結合作為廠用電備用電源；蝶閥室及生活區通過22 kV架空線路與廠房廠用電連接；進水口、溢洪道直接從附近地方22 kV電網引接，采用與施工用電永臨結合方式進行，經22 kV架空線路分別引至進水口、溢洪道區域供電，詳見圖2廠用電系統圖。

圖2 廠用電系統圖

廠房內廠用電系統采用400 V一級電壓供電，機組自用電與全廠公用電采用混合供電方式，共設置兩段廠用母線。為向蝶閥室及生活區供電，廠用電400 V經變壓器升壓至22 kV，再通過22 kV架空線路引至蝶閥室及生活區，為蝶閥室及生活區配電。為保證電站全部機組停運及外來電源斷電時，仍維持廠用電供電的可靠性，在廠房及蝶閥室各設一臺柴油發電機作為備用電源。

進水口、溢洪道電源共同取自地方22 kV電網，經22 kV架空線路引至相應的配電變壓器，再由配電變壓器降壓至400 V向負荷供電，同時為了保證進水口、溢洪道供電的可靠性，兩地各設一臺柴油發電機作為備用電源。

3 廠用電運行方式

正常運行時廠內兩段400 V母線分開單獨運行，連接柴油發電機回路的斷路器斷開，22 kV外來電源開關柜斷路器斷開，在任何情況下應避免同一段母線由兩個電源同時供電的運行方式。當一臺變壓器故障或檢修時，自動切除本臺變壓器，通過分段開關或聯絡線保持供電的連續性。在廠內2臺變壓器均故障的情況下，22 kV外來電源開關柜斷路器閉合，由22 kV地方電網供電；在廠內及外來電源均故障的工況下，由柴油發電機供電，此時22 kV外來電源開關柜斷路器斷開，蝶閥室及生活區由其各自的柴油發電機供電。

進水口、溢洪道運行工況：正常運行時由22 kV地方電網供電，故障工況下由柴油發電機供電。

4 廠用變壓器的選擇

廠用變壓器容量須滿足各種運行工況下可能出現的最大負荷，根據本工程特點，最大工況最有可能出現在2臺機組同時運行或1臺機組運行1臺機組檢修的工況下，因此根據各廠用電的負荷特性，分別對兩個工況下的廠用電最大負荷進行分類統計。

全廠公用電與自用電混合供電，根據NB/T35044[1]規范要求，廠用電計算負荷按Sjs=KoΣPo進行計算，綜合系數Ko取值0.775。廠用電負荷計算結果如表2廠用電負荷統計計算表所示，根據廠用電系統圖，廠用電還須向電廠生活區供電，因此廠用變壓器容量還需計入生活區負荷400 kW。1號、2號廠用變壓器的容量按滿足最大用電負荷計算，容量選定為1 000 kVA，3號廠用變壓器按生活區及蝶閥室配電容量及廠內I、II類廠用電配電負荷選擇為630 kVA。廠房內廠用變壓器布置在副廠房內，采用干式變壓器。結合22 kV架空線路，蝶閥室、進水口、溢洪道配電變壓器分別選用30 kVA、63 kVA、80 kVA油浸式變壓器，戶外桿上安裝。

表2 廠用電負荷統計表

根據《水電站機電設計手冊（電氣一次）》[2]廠用變壓器允許自啟動的電機容量為：

經計算，廠房內變壓器的自啟動容量為914 kW，大于438 kW，滿足自啟動要求。

5 結語

廠用電系統的可靠性直接關系到電廠的正常運行及效益，因此廠用電設計在遵守相關規程規范的基礎上，追求安全可靠、技術先進、經濟合理。在設計初始須根據當地電網及工程的實際情況，合理選擇適合于廠用電的供電電源點、供電電壓等級，對引水式電站更應注意合理規劃供電系統；在廠用電系統主要設備選擇時，須先對廠用電負荷進行分析統計，確保各設備的選擇滿足不同工況下運行要求。