大頂子山航電樞紐工程電氣主接線方案比較

楊城回，陶曉磊，吳寶棟

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021）

大頂子山航電樞紐工程電氣主接線方案比較

楊城回，陶曉磊，吳寶棟

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021）

根據電站裝機規模及雙回66 kV電壓接入電力系統的條件，經過綜合技術經濟比較，最后確定技術上可行，經濟上合理的主接線方案。發電機變壓器組合采用發電機主變壓器組成三機—變擴大單元接線，從兩段發電機電壓母線上各取一回廠用電電源；66kV側采用變壓器—線路組（帶備用斷路器）接線。

電氣主接線；方案選擇；航電樞紐

1 引言

大頂子山航電樞紐工程位于松花江干流哈爾濱下游46 km處，是一座以航運、發電和改善哈爾濱水環境為主，同時具有交通、水產養殖和旅游等綜合利用功能的低水頭航電樞紐工程。樞紐工程由船閘、泄洪閘及混凝土過渡壩段、河床式水電站、土壩及壩上公路等組成，多年平均發電量3.532×108kW·h，年利用小時數為 4 870 h，水庫為徑流無調節水庫。

根據接入系統資料，該工程電站以雙回66 kV線路接入巴彥變電所，線路亙長24.5 km，導線截面為LGJQ-240。

2 電氣主接線方案選擇

2.1 電氣主接線的設計原則

該電站裝機6臺，單機容量11 MW，總裝機容量66 MW，電站在電力系統中擔負基荷。由于該電站裝機臺數多，因而電氣主接線設計在考慮到較高可靠性的前提下，還應兼顧運行靈活性及投資合理性。

根據電站裝機臺數、單機容量和在系統中的地位和作用，按下列原則擬定電氣主接線方案：

1）滿足電力系統和用戶對供電可靠性和電能質量的要求。該電站容量較小，在電力系統中地位較低。因此，應考慮在重復故障或檢修與故障重疊的情況下，盡量較少被切除設備數量，盡可能避免全廠停電，具有較高的可靠性，滿足電力生產和分配要求。

2）接線簡單、清晰、操作維護方便。該電站機組容量較小，臺數較多，應盡量簡化接線，減少電壓等級數和進出線回路數，力求設備切換所需操作步數最少，以減少可能因誤操作造成事故，并且簡化接線對自動化操作也十分有利。

3）接線應具有一定的靈活性。主接線應滿足在調度時，可以靈活地投入和切除發電機、變壓器和線路，調配電源和負荷，滿足系統在事故運行方式、檢修方式以及特殊運行方式下地系統調度要求。檢修時，可以方便地停運斷路器、母線及其繼電保護設備，進行安全檢修而不致影響電力網的運行和對用戶的供電[2]。

4）滿足電站初期發電及最終規模的運行要求，還應考慮便于分期過渡[1]。由于本電站樞紐建筑物較多，初期發電時，一些建筑物還未形成，在設計時考慮了一些保證初期發電臨時措施（如設置臨時電纜道），便于分期實現最終規模。

5）技術先進，經濟合理。新型電氣設備的不斷發展以及自動化程度的不斷提高，都有利于提高電力生產的可靠性，應盡量采用成熟的先進技術和設備，在滿足可靠、靈活性要求的前提下做到經濟合理。

2.2 發電機與變壓器組合方式

根據上述主接線設計原則，擬出2個機—變組合方案，即：

方案1：發電機與主變壓器組成三機—變擴大單元接線，全廠共2組機變擴大單元。

方案2：發電機與主變壓器組成二機—變擴大單元接線，全廠共3組機變擴大單元。兩個方案的接線簡圖見圖1。

上述兩個方案中：

方案1：優點是接線的安全可靠性能滿足系統的要求；接線簡單，運行維護靈活；投資少，設備數量少，布置簡單。可從兩段發電機電壓母線上各取一回廠用電電源，任意1臺機組停電不影響廠用電源供電；繼電保護簡單。缺點是當主變壓器或其回路設備故障或檢修時，電站1/2容量不能送出。

方案2：優點是供電可靠性高；運行方式靈活，維修方便；缺點是66 kV高壓側較方案1多1個進線間隔，布置復雜，設備投資及年運行費用比方案1高。可從三段發電機電壓母線上取兩回廠用電電源。缺點是當主變壓器或其回路設備故障或檢修時，電站1/3容量不能送出。

另外，根據設計投資估算，方案1主要電氣設備投資為425萬元，方案2主要電氣設備投資為497萬元，方案1較為經濟，其設備投資，年折舊費，電能損失費均為最低。

兩個方案比較，方案1和方案2在技術上的主要差別是當主變壓器故障時，方案1將切除3臺機組，而方案2將切除2臺機組，看似方案1比方案2故障時多切1臺機，但由于機組容量很小，裝機臺數較多，且變壓器的故障幾率甚少，因此，其切機損失增加很小。另外，電站雖為兩回出線，但由于兩回線路至同一地點且線路輸送容量受到限制，一回線路正常情況下只能送出電站約1/2容量（極限情況可送5臺機容量），因此，方案2的優點并不明顯。

綜上所述，由于該電站裝機容量在系統中所占比重很小，所以在滿足適當的可靠性、安全、運行靈活、檢修方便、接線簡單等要求的前提下，從經濟合理的角度出發，方案1技術上可行，經濟指標優越，可作為選定方案，即發電機與主變壓器采用三機一變擴大單元接線，廠用電電源從兩段發電機電壓母線上各取一回。

2.3 66 kV側接線方案

2.3.1 變壓器選擇

根據系統對機組、主變的要求及電氣主接線，為保證電站安全、可靠、靈活運行，該電站采用2臺三相雙線圈自然油循環風冷變壓器，高壓側電壓為66 kV，容量為40 MVA。

2.3.2 66 kV側方案比較

根據主接線設計原則，接入系統資料及選定的機—變組合方案，在兩回進線兩回出線的條件下，并考慮電站的運行特性和在系統中的作用等因素，擬出3個接線方案，即：

方案1：單母線接線。

方案2：內橋形接線。

方案3：變壓器—線路組（帶備用斷路器）接線。

3個方案的接線簡圖，見圖2。

上述3個方案中：

方案1：優點是具有接線清晰、規范，運行維護方便。缺點是母線及母線所連設備元件故障或檢修，影響全廠功率送出，任1臺斷路器故障均導致全廠短時停電。任一進出線回路設備檢修將影響全廠1/2容量送出。接線的可靠性不高，由于該電站共兩回66 kV出線，每回線路正常情況下只能輸送電站約1/2容量，極限情況可送5臺機容量，但此時的電壓質量很低，電能損失很大，且這種運行工況出現的幾率很少。

方案2：優點是具有接線清晰、規范，運行維護方便，并且此方案比方案1少1個斷路器間隔，無母線，設備投資及年運行費較低，元件較少，布置相對簡單，占地面積小。缺點是當出線斷路器故障或檢修，只短時影響電站1/2功率送出，橋連斷路器故障，短時影響電站全部功率送出。接線可靠性也不高，由于該電站共兩回66 kV出線，每回線路正常情況下只能輸送電站約1/2容量，極限情況可送5臺機容量，且該電站又無穿越功率，因此，“橋”的特點已失去意義，且運行的可靠性也不高，繼電保護復雜，故此方案亦不可取。

方案3：優點是接線簡單、清晰，運行可靠、靈活。比方案1少1個斷路器間隔，設備投資和年運行費最低。正常時按變壓器線路組接線運行，當任一變壓器線路組回路的斷路器故障，將短時影響電站1/2容量不能送出，但通過倒閘操作，投入備用斷路器可迅速恢復運行。任一臺斷路器檢修，均可通過投入備用斷路器替代而不影響電站的連續運行，可靠性高且繼電保護簡單。在極限情況下也能實現一回線路送電站5臺機容量。缺點是備用斷路器間隔的隔離開關數量較多，倒閘操作略顯復雜。但對于年利用小時數接近5 000 h的重要航電樞紐工程，為提高電站主接線運行的可靠性而設置一組備用斷路器間隔也是非常必要的。

另外，根據設計投資估算，方案1主要電氣設備投資為410萬元，方案2主要電氣設備投資為356萬元，方案3主要電氣設備投資為339萬元，方案3較為經濟，其設備投資、年折舊維護費均為最低。

綜上比較，方案三具有明顯的技術經濟合理性和針對性，是該電站的理想接線，故選定方案3為電站66 kV側接線方案，即變壓器—線路組（帶備用斷路器）接線。

3 結語

1）發電機變壓器組合方式經過種種優缺點的比較，本著經濟合理，技術先進原則，推薦方案1。采用發電機主變壓器組成三機—變擴大單元接線，從兩段發電機電壓母線上各取一回廠用電電源。

2）66 kV側接線：綜合該電站具體情況及技術經濟比較，由于采用故障率極低的GIS方案，使得單母線接線、內橋接線與變壓器－線路組（帶備用斷路器）接線的可比性大大增強，本著技術設備先進可靠，經濟合理的原則推薦方案3。采用變壓器—線路組（帶備用斷路器）接線。

［1］水電站機電設計手冊（電氣一次）［M］.北京：水利電力出版社，1982.

［2］電力工程電氣設計手冊（電氣一次部分）［M］.北京：中國電力出版社，1987.

Comparison of electric main wiring scheme for Dadingzishan navigation power junction

YANG Cheng-hui,TAO Xiao-lei,WU Bao-dong

Based on the installed capacity of hydroelectric power station and the condition of the double circuit transmission of 66kV voltage to connect power system,the paper puts forward the main wiring scheme with viable technology and reasonable economy through the comparison of technology and economy.The scheme is that taking combination of generator and main transformer as three generators and one transformer to expand unit connection,power supply from two voltage buses of generator separately to plant,transformer-line block(back-up circuit breaker)at the side of 66kV.

electric main wiring;scheme selection;navigation power junction

TV734.3

B

1002－0624（2011）06－0004－03

2011-01-14