水電站廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

雷娟 韓宇

1.中國電建集團(tuán)北京勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100024 2.北京市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司 北京 100025

1 廠用電負(fù)荷特點(diǎn)

此水電站裝機(jī)2×30MW，發(fā)電機(jī)變壓器組合方式采用擴(kuò)大單元接線，共1組，根據(jù)電站樞紐布置，需要供電的負(fù)荷按供電區(qū)域主要分布在：

（1）廠區(qū)：主要包括主廠房、右端副廠房、主變開關(guān)樓、尾水啟閉機(jī)室。

（2）壩區(qū)：主要包括壩區(qū)配電室、進(jìn)水口啟閉機(jī)室、泄洪排沙洞進(jìn)口啟閉機(jī)室、泄洪排沙洞出口啟閉機(jī)室。壩區(qū)配電室布置在大壩左壩肩，而壩區(qū)進(jìn)水口啟閉機(jī)室、泄洪排沙洞進(jìn)口啟閉機(jī)室、泄洪排沙洞出口啟閉機(jī)室布置位置相對分散，這些啟閉機(jī)室的負(fù)荷供電距離較遠(yuǎn)。

2 廠用電電源引接方式

廠用電源的引接方式與電氣主接線形式有關(guān)，根據(jù)《水力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)規(guī)程》要求[2]：水電廠發(fā)電機(jī)變壓器組合方式采用擴(kuò)大單元接線，宜從每個(gè)擴(kuò)大單元發(fā)電機(jī)電壓母線引接一廠用電工作電源，當(dāng)擴(kuò)大單元組數(shù)量在2組-3組時(shí)，至少從2組擴(kuò)大單元引接；當(dāng)擴(kuò)大單元組數(shù)量在4組及以上，至少從3組擴(kuò)大單元引接；當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓回路裝設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器時(shí)，廠用電工作電源應(yīng)在發(fā)電機(jī)斷路器與主變壓器低壓側(cè)之間引接。

（1）根據(jù)此水電站具體情況，電站廠區(qū)供電電源取得方式為：①自主變壓器低壓側(cè)引接一回電源；②自地區(qū)變電站引接一回10kV外來電源；③設(shè)置一臺300kW柴油發(fā)電機(jī)組作為保安電源。

（2）根據(jù)此水電站具體情況，電站壩區(qū)供電電源取得方式為：①自地區(qū)變電站引接一回10kV外來電源；②設(shè)置一臺100kW柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源。③廠用電電壓選擇

根據(jù)此電站供電負(fù)荷的大小、分布、樞紐布置等特點(diǎn)，此電站廠區(qū)和壩區(qū)供電系統(tǒng)均采用0.4kV一級電壓供電。

3 廠用電接線方式

根據(jù)此電站廠用電系統(tǒng)的具體情況，并參考國內(nèi)同等規(guī)模水電站廠用電系統(tǒng)的接線方式，確定此電站廠區(qū)和壩區(qū)供電接線方式。

3.1 廠區(qū)供電

廠區(qū)機(jī)組自用電與廠區(qū)公用電采用混合供電方式，廠區(qū)供電0.4kV母線分為APD1、APD2兩段，其中1＃廠用變（電源引自主變壓器低壓側(cè)）0.4kV側(cè)接至APD1段、2＃廠用變（電源引自10kV外來電源）0.4kV側(cè)接至APD2段，同時(shí)設(shè)置一臺300kW柴油發(fā)電機(jī)組接至APD2段，以確保廠區(qū)供電的可靠性。低壓側(cè)1#、2#廠用變相應(yīng)的進(jìn)線斷路器、柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)線斷路器以及母聯(lián)斷路器要求具有電氣閉鎖功能。正常情況下低壓母線的母聯(lián)斷路器處于合閘狀態(tài)，1#廠用變低壓側(cè)斷路器合閘，由1#廠用電源向APD1、APD2兩段低壓母線供電。當(dāng)1#廠用電源檢修或故障時(shí)，其低壓側(cè)斷路器斷開，2#廠用變自動投入運(yùn)行，由2#廠用電源向APD1、APD2兩段低壓母線供電。此時(shí)若2#廠用電源又發(fā)生故障或檢修時(shí)，其低壓側(cè)斷路器斷開，柴油發(fā)電機(jī)組自動啟動并合其進(jìn)線斷路器，由柴油發(fā)電機(jī)組向APD1、APD2兩段低壓母線的重要負(fù)荷供電，當(dāng)1#或2#廠用電源恢復(fù)供電時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)線斷路器斷開，柴油發(fā)電機(jī)組退出運(yùn)行，再切換到由1#或2#廠用電源供電方式。

每臺機(jī)組自用電接線采用單母線分段接線方式，兩個(gè)進(jìn)線電源分別取自廠區(qū)供電APD1段、APD2段母線。正常情況下，母聯(lián)斷路器處于分閘狀態(tài)，1＃、2＃進(jìn)線斷路器處于合閘狀態(tài)，兩個(gè)電源供電。當(dāng)一個(gè)電源故障或檢修時(shí)，該回路斷路器斷開、母聯(lián)斷路器合，改由另一個(gè)電源帶兩段母線。

3.2 壩區(qū)供電

壩區(qū)供電采用單母線接線方式，壩區(qū)供電變壓器（電源引自10kV外來電源）0.4kV側(cè)接至低壓母線，同時(shí)設(shè)置一臺100kW柴油發(fā)電機(jī)組接至低壓母線，以確保壩區(qū)供電的可靠性。0.4kV側(cè)兩進(jìn)線斷路器要求具有電氣閉鎖及機(jī)械閉鎖功能。正常運(yùn)行時(shí)由變壓器側(cè)的低壓進(jìn)線回路供電，失電時(shí)柴油發(fā)電機(jī)組自動啟動并投入。當(dāng)主供電源恢復(fù)供電時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)組必須先自動退出運(yùn)行，再切換到由主供電源供電方式。

4 主要廠用電設(shè)備選擇

4.1 廠用變壓器

電站廠區(qū)、壩區(qū)供電變壓器選擇時(shí)按照《水力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)規(guī)程》等相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求[1-2]，通過電站廠用電負(fù)荷分析統(tǒng)計(jì)、變壓器容量選擇、變壓器型式選擇、電壓調(diào)整計(jì)算以及電動機(jī)啟動時(shí)電壓的校驗(yàn)，變壓器的型號與規(guī)格最終選擇結(jié)果如下：廠區(qū)設(shè)置兩臺廠用變壓器，型號與規(guī)格如表1。

表1 廠區(qū)供電變壓器型號與規(guī)格

壩區(qū)設(shè)置一臺供電變壓器，型號與規(guī)格如表2。

表2 壩區(qū)供電變壓器型號與規(guī)格

4.2 柴油發(fā)電機(jī)組

為保證廠區(qū)和壩區(qū)供電可靠性，根據(jù)《水力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)規(guī)程》的規(guī)定作保安電源用的柴油發(fā)電機(jī)組容量需大于最大保安負(fù)荷，即廠區(qū)設(shè)置的柴油發(fā)電機(jī)組需滿足啟動機(jī)組、消防用電、滲漏排水系統(tǒng)、事故照明、自動控制、遠(yuǎn)動通信及電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷的需要，經(jīng)計(jì)算，此電站廠區(qū)設(shè)置1臺300kW的柴油發(fā)電機(jī)組；壩區(qū)設(shè)置的柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源，其容量應(yīng)滿足備用電源容量要求，經(jīng)計(jì)算，此電站壩區(qū)設(shè)備1臺100kW的柴油發(fā)電機(jī)組。

4.3 廠用低壓配電盤、柜

（1）廠區(qū)供電低壓配電主盤、機(jī)組自用電低壓配電盤、事故照明低壓配電盤、發(fā)電機(jī)層檢修動力盤、發(fā)電機(jī)層、安裝間采暖動力盤、右端副廠房1#、2#交流分盤、右端副廠房通風(fēng)動力盤共計(jì)27面，均選用GCS型低壓抽出式開關(guān)柜。其余分供電點(diǎn)采用GGD型固定封閉式交流低壓配電柜（共計(jì)8個(gè)）及動力箱。

（2）壩區(qū)供電低壓配電盤共計(jì)3面，均選用GCS型低壓抽出式開關(guān)柜；壩區(qū)各分供電點(diǎn)均采用GGD型固定封閉式交流低壓配電柜共計(jì)3個(gè)。

4.4 電纜及電纜橋架

電站電纜橋架分為熱鍍鋅鋼制槽式橋架和熱鍍鋅鋼制梯式橋架，其中槽式橋架底板壓有加強(qiáng)筋，橋架均不帶蓋板。壩區(qū)和廠區(qū)電纜溝內(nèi)電纜架采用熱鍍鋅角鋼自制。

8.7 /10kV動力電纜采用三芯、銅導(dǎo)體、隔火層交聯(lián)聚乙烯絕緣、鋼帶鎧裝、聚氯乙稀護(hù)套電力電纜，GZR-YJV22-；8.7/10kV勵磁電纜采用三芯、銅導(dǎo)體、交聯(lián)聚乙烯絕緣、鋼帶鎧裝、聚氯乙烯護(hù)套、阻燃A級電力電纜，ZRA-YJV22-；0.6/1.0kV低壓電纜（包括低壓動力電纜和照明電纜）采用銅芯、交聯(lián)聚乙烯絕緣、鋼帶/鋼絲鎧裝、聚氯乙烯護(hù)套、阻燃A級/耐火電力電纜，其中對于敷設(shè)高差大于30m的低壓動力電纜采用鋼絲鎧裝電力電纜，對有耐火防護(hù)要求的電纜，如消防負(fù)荷用動力電纜等采用耐火電力電纜，阻燃電纜型號分別為ZRA-YJV22-和ZRAYJV32-，耐火電纜型號為NH-YJV22-。

5 廠用電設(shè)備布置

5.1 廠區(qū)

2臺廠用變壓器分別布置在主變開關(guān)樓的2個(gè)專設(shè)廠用變壓器室內(nèi)，柴油發(fā)電機(jī)組布置在主變開關(guān)樓的柴油發(fā)電機(jī)房內(nèi)；廠區(qū)供電低壓配電主盤APD1段及事故照明低壓配電盤布置在安裝場下的廠用低壓盤室內(nèi)，廠區(qū)供電低壓配電主盤APD2段布置在主變開關(guān)樓的廠用低壓盤室內(nèi)；機(jī)組自用電低壓配電盤布置在主機(jī)間發(fā)電機(jī)層對應(yīng)機(jī)組段上游側(cè)。

5.2 壩區(qū)

壩區(qū)供電變壓器以及柴油發(fā)電機(jī)組分別布置在壩區(qū)配電室一層的變壓器室和柴油發(fā)電機(jī)房內(nèi)；壩區(qū)低壓配電盤布置在壩區(qū)配電室二層的低壓配電盤室內(nèi)。

6 結(jié)語

（1）此水電站廠區(qū)廠用電電源取得方式為：自主變壓器低壓側(cè)引接一回電源，自地區(qū)變電站引接一回10kV外來電源，同時(shí)為保證供電可靠性在廠區(qū)設(shè)置1臺300kW的柴油發(fā)電機(jī)組；壩區(qū)供電電源自地區(qū)變電站引接一回10kV電源，同時(shí)為保證供電可靠性在壩區(qū)設(shè)置1臺100kW的柴油發(fā)電機(jī)組。

（2）根據(jù)此電站供電負(fù)荷的特點(diǎn)，此電站廠區(qū)和壩區(qū)供電系統(tǒng)均采用0.4kV一級電壓供電。

（3）廠區(qū)機(jī)組自用電與廠區(qū)公用電采用混合供電方式。

（4）廠用電設(shè)備均選用國內(nèi)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，保證了運(yùn)行的可靠性。