庫什塔依水電站電氣主接線設計

俞永輝

（新疆伊犁庫克蘇河水電開發有限公司，新疆 伊犁 835500）

1 電站概況

庫什塔依水電站總裝機容量100 MW，共4臺機，其中2臺15 MW，2臺35 MW。根據電力系統要求，庫什塔依水電站以220 kV一級電壓接入系統，220 kV出線4回，上游KKE水電站及MTGE水電站串接后以220 kV電壓等級匯流至該電站，上游KZKL水電站以110 kV電壓等級接入該電站。庫什塔依水電站作為所在河流流域電站的匯流站，其接線方式對系統穩定和安全運行有較大影響 ，結合系統對電站電氣主接線的要求，確定電站電氣主接線選擇的基本遵循原則為 “安全、可靠、接線簡單、運行靈活和經濟合理”。

2 發電機與變壓器組合方式的選擇

庫什塔依水電站裝機容量為 2×15 MW+2×35 MW。2臺小機組單機容量較小，在系統中占比重較低，若采用擴大單元接線，其接線簡單、清晰，主變及高壓側進線間隔少，設備投資小，當主變故障或檢修時，不會對系統有沖擊。因此主要針對2臺大機組就發電機與變壓器組合方式進行比較，共提出3種接線方案，示意圖如圖1所示。

（1）方案一，單元接線，2臺大機組均采用單元接線，2臺小機組采用擴大單元接線。單元接線發電機與變壓器一一對應，接線最簡明、清晰，運行靈活可靠，繼電保護簡單，運行維護工作量小，單一元件故障影響范圍小。采用單元接線主變與高壓側進線間隔較方案二、方案三均增加2個，不利于高壓側進線布置，投資與擴大單元接線相比增加200萬元左右。

（2）方案二，擴大單元接線，2臺大機組和2臺小機組均采用擴大單元接線。擴大單元接線簡單、清晰，運行較靈活可靠，繼電保護簡單。與單元接線相比，主變及高壓側進線間隔數量減少2回，有利于簡化高壓側進線布置，降低設備投資。任何一臺機組停機，不影響廠用電源供電。庫什塔依水電站單機容量不大，在系統中所占比重較小，即使兩臺大機組同時停機，對系統穩定也不會造成大的沖擊，能夠確保系統穩定。該方案投資相對最低。主變壓器或其相應高壓側設備故障、檢修時，兩臺機組容量受阻。與單元接線相比，擴大單元接線方式發電機短路電流較大，相應發電機出口斷路器的開斷容量增大。單臺機組運行時主變負載損耗較大。

（3）方案三，聯合單元接線，2臺大機組采用聯合單元接線，2臺小機組采用擴大單元接線。主變高壓側進線間隔比單元接線少兩個，有利于簡化高壓側接線形式，投資較方案一接線少60萬元；主變高壓進線間隔設備故障或檢修影響兩臺機組出力，對系統影響較大；一臺主變檢修或故障，接于本單元的全部機組需短時停電，通過隔離開關操作后，另一機組仍可繼續投入運行，這與擴大單元相比具有一定靈活性。主變高壓側SF6母線需進行聯合，增加了布置面積；繼電保護較為復雜。投資與擴大單元接線相比增加190萬元左右。

圖1 電氣主接線10.5 kV側方案技術比較

經方案比較及技術經濟分析論證，兩組擴大單元接線投資最省，且接線簡單、清晰，運行較靈活可靠，繼電保護簡單。機變組采用擴大單元接線方式，完全滿足本電站供電可靠性、調度靈活性以及安全穩定運行的要求。因此推薦發電機電壓側采用方案二，即兩組擴大單元接線。

3 220 kV母線接線方式的選擇

結合本工程具體情況，經過詳細的經濟技術比較，220 kV高壓側配電裝置推薦采用GIS方案。在此基礎上選擇單母線接線、單母線分段接線、雙母線接線3種方案進行分析比較，如圖2所示。

圖2 220 kV母線接線方式

（1）方案一，單母線分段接線。單母線分段接線簡單、清晰，便于擴建；采用設備少，投資省，布置簡單；繼電保護簡單，便于實現自動化遠動化；任一單元故障只影響本單元，其他單元能正常運行。但若母線及所連接的設備檢修或故障時，會造成全廠停電及下游哈拉軍水電站電能無法送出。

（2）方案二，單母線接線。單母線接線方式的接線最為簡單清晰、運行方便；采用設備最少、造價最低、便于擴建；繼電保護簡單，采用GIS設備占地面積小，運行可靠性高，運行工作量小，抗震性強，不受外界環境影響。但是當母線及相連接件故障時，全廠電能及流域其他電站無法送出；可靠性、靈活性較低，備用間隔建設時，電站需全廠停電。

（3）方案三，雙母線接線。雙母線接線方式其中一組母線及所連接設備檢修或故障，不影響另一母線供電，將故障母線所連接回路切換至另一母線后即可恢復供電，可靠性、靈活性高，出線靈活；擴建方便。但隔離開關數量較多，其切換過程較復雜，易引起誤操作；故障節點增加，母聯開關故障時全廠短時停電；設備造價最高。

根據上述各接線的優缺點比較，結合本電站的具體情況及電力公司的意見，庫什塔依水電站作為樞紐電站，電站的運行可靠性要求很高。單母線分段接線完全能滿足本電站安全運行的要求，故220 kV出線側推薦采用單母線分段接線。

4 110 kV與220 kV兩級電壓之間的聯絡

110 kV與220 kV兩級電壓之間的聯絡有升壓自耦變、聯絡自耦變和普通三卷變等3種方案可供選擇。為了有利于限制短路電流，減少變壓器重復容量，庫什塔依電站110 kV與220 kV兩級電壓之間的聯絡采用普通三卷變方案。

5 廠用電電源的接線

根據電氣主接線推薦方案，由于發電機出口短路電流比較大，10 kV廠用電電氣設備的選擇比較困難，庫什塔依電站選10 kV廠用電源接線形式為：自兩臺主變壓器低壓側10.5 kV母線各引一回，經隔離變壓器至10 kV饋電母線I段和II段，自饋電母線I、II段各接1臺容量為630 kV·A的廠用變壓器，為全廠提供廠用電源并作為全廠第一電源點。電站運行中，110 kV系統倒送作為全廠第二電源點。廠用電系統設置1臺315 kW柴油發電機作為應急備用電源。

廠用電源供電方式采用10 kV和0.4 kV兩級電壓。為保證供電可靠性，10 kV母線分為2段，每段均能實現備用電源自投；0.4 kV母線分為2段，分別由2臺10/0.4 kV廠變接入，兩段0.4 kV母線之間要求實現備用電源自投。

壩區距廠房約2 km，為保證水利樞紐工程壩區各閘房用電的可靠性，在壩區設置一臺400 kV·A 10 kV/0.4 kV箱式變電站，并由電廠內10 kV廠用電母線Ⅰ段和Ⅱ段各饋出一回。根據泄洪閘門啟閉機容量 （溢洪道弧形工作閘門18.5 kW，導流兼泄洪洞弧形工作閘門啟閉機功率55 kW）估算，配柴油發電機 （容量為200 kW）作為備用電源。

由于庫什塔依水電站所在地冬季漫長寒冷，設置一臺容量為630 kV·A的采暖變壓器，接于廠內10 kV廠用電母線Ⅰ段。

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

［2］ SDJ 173—85 水力發電廠機電設計技術規范［S］.

［3］ DL/T 5164—2002 水力發電廠廠用電設計規程［S］.

［4］ 阮全榮.大型水電站電氣主接設計研究［J］.水電電氣，2000，141（3）:4-9.

［5］ 李定中.我國水電開發與機電設備現狀及未來課題 ［J］.水電電氣， 2002， 123（1）:11-14.

［6］ 水利水電電氣信息網.水電站電氣主接線圖冊［M］.北京：中國水利電力出版社，2004.