若羌河水庫工程壩區(qū)供電設備的選擇

於文匯

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

若羌河水庫工程位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州若羌縣境內(nèi)的若羌河上，是若羌河唯一的控制性工程，是一座以防洪、灌溉、工業(yè)供水為主，兼顧發(fā)電任務的樞紐工程。裝機容量為2×1.0 MW+0.6 MW，年利用小時數(shù)為3 908 h，年平均發(fā)電量為1 016萬kW·h。

2 電氣主接線

本工程發(fā)電機—變壓器側接線方式采用擴大單元+單元接線，發(fā)電機出口電壓為6.3 kV；兩臺主變高壓側接線方式為單母線接線，電壓等級為35 kV，2回進線，1回出線。為保證壩區(qū)供電可靠性，在聯(lián)合進水口處設一臺箱式變電站，箱變電源分別取自廠房擴大單元和單元接線6.3 kV母線，在兩段進線之間設置備自投裝置；同時在箱變附近設置1臺柴油發(fā)電機作為應急電源，接入箱變低壓側母線。

3 壩區(qū)用電負荷

根據(jù)金屬結構專業(yè)及采暖通風專業(yè)提供資料，壩區(qū)用電負荷統(tǒng)計見表1。

其中，泄洪兼導流洞弧形工作閘門和灌溉引水發(fā)電洞進口平面事故閘門有同時動作的可能性。根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范》3.1.4的要求“具有防洪功能的泄水和水閘系統(tǒng)工作閘門的啟閉機應設置備用電源”，本工程表孔溢洪道弧形工作閘門及泄洪兼導流洞弧形工作閘門為具有防洪功能的工作閘門，需設置備用電源。

表1 壩區(qū)用電負荷表

4 箱式變電站的選擇

4.1 計算過程

最大負荷為泄洪兼導流洞平面事故閘門（100 kW）與灌溉引水發(fā)電洞進口平面事故閘門（30 kW）同時運行,照明負荷取30 kW。變壓器的計算容量為:

K1：動力負荷換算系數(shù)，同時率取1，K1取1.25；

∑P1：所有動力負荷之和（kW），取130 kW；

∑PZ：電熱及照明負荷之和（kW），取30 kW；

最終計算得：S≥1.25×130＋30＝192.5

因此，變壓器的容量初步選為200 kVA。

4.2 變壓器校驗

取最大一臺電機，即泄洪兼導流洞平面事故閘門（100 kW），該電機為變頻啟動，啟動電流倍數(shù)取2，功率因數(shù)取0.8。箱變至電機的電纜型號為ZRYJV-0.6/1-3×120+1×70。

（1）電動機啟動時的母線電壓為：

式中：Um*—啟動時母線電壓（標幺值）；

uZ—變壓器阻抗電壓；

Pnd—電動機的額定容量，kW；

Und—電動機的額定電壓，kV；

Idb—電動機啟動電流，A；

Snb—變壓器的額定容量，kVA；

最終計算得：Um*=0.95，壓降為5%，小于10%，滿足要求。

（2）電動機啟動時的端電壓為：

式中：Ud*—電動機啟動時端電壓（標幺值）；

r1、x1—導線單位長度的電阻、電抗，mΩ/m；

L—導線長度，m；

最終計算得：Ud*=0.927，壓降為7.3%，小于10%，滿足要求。

綜上所述，變壓器容量為200 kVA，滿足要求。變壓器的型號確定為SC13-200/6.3，聯(lián)接組別為Dyn11,變比為6.3±2×2.5%/0.4 kV。

5 柴油發(fā)電機的選擇

根據(jù)負荷點位置及荷載分析，壩區(qū)設置1臺柴油發(fā)電機組。

水利樞紐壩上泄洪閘門啟閉機屬于不經(jīng)常斷續(xù)負荷，啟動時間較短，表孔溢洪道弧形工作閘門（50 kW）、泄洪兼導流洞弧形工作閘門（100 kW）兩處起泄洪作用的工作閘門可根據(jù)泄洪要求順序啟動，不會存在同時運行的工況，故選擇柴油發(fā)電機容量時可以分階段統(tǒng)計，選取最大值進行計算。因此選取泄洪兼導流洞工作閘門運行時工況進行計算。

5.1 計算過程

泄洪兼導流洞工作閘門電動機功率為100 kW，并考慮一定的各閘門控制、照明及日常功率。泄洪兼導流洞工作閘門的電動機采用變頻啟動，啟動電流取額定電流的2倍。

（1）柴油發(fā)電機組應具備長期連續(xù)帶負荷運行的要求，即SG1≥SJC1。

式中：SJC1—計算負荷，kVA；

PΣ—可能同時運行的負荷，本工程計算時中孔泄洪洞負荷按100 kW，控制負荷按5 kW，照明及日常負荷按20 kW計；

ηΣ—計算負荷的效率，可取0.82；

cosφ—計算負荷的功率因數(shù)，可取0.80；

（2）由于電動機在啟動過程中有較大的沖擊電流，柴油發(fā)電機應具備在帶負荷運行情況下，能夠啟動其他電機，因此按照啟動容量最大的電動機工況計算：

式中：SG2—容量最大的電動機的啟動條件計算發(fā)電機容量，kVA；

Pm—啟動容量最大的電動機的額定功率，本工程為100 kW；

cosφm—電動機的啟動功率因數(shù)，取0.40；

ηdcosφd—電動機的額定效率和額定功率因數(shù)乘積，簡化計算時取0.80；

cosφG—發(fā)電機的功率因數(shù)，取0.80；

Kdq—電動機的啟動電流倍數(shù)；

C—電動機啟動方式系數(shù)，本工程為全壓啟動，取1.0；

（3）柴油發(fā)電機組在帶負荷情況下啟動容量最大的電動機時，應具備短時過負荷能力，即在熱狀態(tài)下承受1.5倍發(fā)電機額定容量的時間≥0.5 min，根據(jù)NB/T 35044-2014《水力發(fā)電廠廠用電設計規(guī)程》公式F2.3：

式中：SG3—發(fā)電機的額定容量，kVA；

K—換算系數(shù)，取0.8；

Pdm—啟動容量最大的單臺電動機的額定功率，kW；

Kdq—電動機的啟動電流倍數(shù)。

為滿足以上3種工況，從上述計算結果中選取最大值，即柴油發(fā)電機容量需大于240.36 kVA（考慮功率因數(shù)0.8，折合功率為192.29 kW）。柴油發(fā)電機容量初步選擇SG1=250 kW。

5.2 柴油發(fā)電機組容量校驗及復核

（1）柴油發(fā)電機空載啟動容量最大的電動機時，母線側電壓會有所降低，但不應低于0.75倍額定電壓，根據(jù)NB/T 35044-2014《水力發(fā)電廠廠用電設計規(guī)程》公式F3.1，發(fā)電機容量校驗如下：

式中：SG4—發(fā)電機空載啟動最大單容量電動機時，發(fā)電機母線允許電壓降校驗發(fā)電機容量，kVA；

Pdm—容量最大的電動機容量，kW；本工程為100 kW；

Kdq—電動機的啟動電流倍數(shù)。—發(fā)電機的次暫態(tài)電抗，通常取0.25；

ΔE—母線允許的瞬時電壓降，通常取0.25；

經(jīng)校驗，SG1≥SG4，因此250 kW柴油發(fā)電機滿足要求。

（2）柴油發(fā)電機的實際輸出還需根據(jù)使用地點的環(huán)境條件進行復核。本工程柴油發(fā)電機組布置在海拔高度為1 642 m的戶外，自帶箱體，箱體內(nèi)設置有加熱器來保證冬季環(huán)境溫度。經(jīng)過與廠家進行溝通，基本確定柴油發(fā)電機在環(huán)境溫度45 ℃、相對濕度60%、海拔高度1 500～2 000 m時，發(fā)電機輸出功率折損系數(shù)約為0.9。計算的250 kW柴油發(fā)電機組的輸出功率為225 kW，大于192.29 kW（240.36 kVA），滿足環(huán)境條件對其輸出功率的影響。

綜上所述，本工程壩區(qū)選取一臺容量為250 kW的柴油發(fā)電機組可滿足本工程壩區(qū)運行工況。

6 結語

對于變壓器的選擇來說，因壩區(qū)各設備距離較遠，應當注意校驗用電設備啟動時的端電壓是否滿足電壓降要求。對于柴油發(fā)電機的選擇來說，應當考慮所選容量是否能在滿足長期連續(xù)運行的前提條件下，同時能夠帶負荷啟動最大單臺容量電動機并具備短時過負荷能力，在校驗時應注意空載啟動最大單臺容量電動機時的發(fā)電機母線電壓降是否滿足要求，還需注意使用環(huán)境對發(fā)電機輸出功率的影響。本工程根據(jù)上述計算及校驗，配置一臺容量為200 kVA的箱式變電站與一套容量為250 kW的柴油發(fā)電機，即可滿足壩區(qū)各設備的供電可靠性。