深溪溝水電站廠用電系統設計

龔雪峰，肖利建

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川成都 610072)

1 前 言

深溪溝水電站為大渡河干流規劃的第十八級電站，其上一梯級為瀑布溝水電站，下一級為規劃的枕頭壩水電站。配合瀑布溝水電站的運行方式，深溪溝水電站相應將承擔腰荷和調峰運行任務。

電站樞紐由河床式廠房、窯洞式安裝間、泄洪閘、沖沙閘、擋水壩等水工建筑物組成，壩頂高程662.50m。電站裝設4臺軸流轉槳式水輪發電機組，單機容量為165MW，額定水頭30m，最大水頭40m，最小水頭20.1m。電站以500kV電壓等級接入電力系統。

深溪溝水電站電氣主接線方案:發電機—變壓器為擴大單元接線，500kV高壓側采用四角形接線。

電站按無人值班原則設計，采用計算機監控系統控制，正常情況下由大渡河流域成都梯級控制中心統一調度運行，當成都梯級控制中心由于某種原因退出運行時，由深溪溝水電站區域控制中心對本電站進行聯合控制運行。

2 廠用電系統特點及設計原則

2.1 廠用電系統的特點

(1)供電半徑大、負荷點較分散。深溪溝水電站廠用電供電范圍主要包括:河床式廠房、壩區、副廠房及開關站、泄洪洞進出口及其他分散的區域。①河床式廠房包括主廠房、窯洞式安裝間;②副廠房包括母線層、主變層、電纜層、電纜豎井GIS層及出線場;③壩區包括進水口、表孔、中孔、泄洪閘、沖沙閘等;④其他，包括進廠交通洞、消防水池等。電站供電半徑約1km。

(2)供電負荷大。電站廠用電最大負荷出現在1臺機組檢修、其余3臺機組運行的情況，經計算，電站廠用電最大負荷約為3 400kVA。廠房廠用電負荷包括機組自用電負荷、全廠公用電負荷、全廠照明系統負荷和檢修用電負荷等。其中公用電負荷主要包括廠房檢修滲漏泵、通風空調系統等。全廠照明系統負荷包括主副廠房、進水口壩頂、泄洪閘、泄洪洞進出口、進廠交通洞等處照明。電站單機容量較大，公用電系統和機組自用電系統負荷均較大。

(3)單臺電動機容量大。廠房大容量電動機主要有廠房檢修排水深井泵等，其檢修排水泵的額定功率均為280kW，采用高壓電動機。

2.2 廠用電系統的設計原則

(1)保證在廠用工作電源故障、機組起動和停運過程中必需的廠用設備的供電，在機組起動、停運或事故時的切換操作少，并能與工作電源短時并列。

(2)在保證機組安全運行的前提下，接線簡單明晰，操作方便。

(3)合理配置廠用電系統的繼電保護方式，能夠快速切除故障元件，縮小故障運行范圍和時間，提供廠用電系統的安全水平。

(4)在廠用工作電源和備用電源失效時，能快速起動和投入事故備用電源。

3 廠用電源及廠用電壓

3.1 廠用電源

3.1.1 廠用電源的設置原則

(1)全部機組運行時，保證不少于3個獨立電源;部分機組退出運行時，保證不少于2個獨立電源;全部機組停運時，保證有兩個可靠的外來電源。

(2)當一個電源故障時，另一個電源應能夠立即自動投入。

(3)各備用電源應相對獨立。

3.1.2 廠用電源的取得方式

(1)由每組擴大單元接線發電機出口引接高壓廠用工作電源。

(2)自110kV施工變電站取得廠用備用電源。

3.2 廠用電壓

3.2.1 廠用電壓的選擇原則

(1)降低電能損失，減少短路損耗。

(2)控制廠用電設備投資。

(3)便于與施工電源連接。

(4)綜合大電動機的制造水平及負荷分布，設計較合理的電壓組合。

3.2.2 廠用電壓的選擇

深溪溝水電站廠用電系統具有供電范圍廣、供電半徑大、用電負荷大及單臺電動機容量大的特點，應采用兩級電壓供電。

(1)高壓廠用電壓的選擇。高壓廠用電電壓等級可選用6kV或10kV，這兩種電壓等級均能滿足供電容量、供電距離和電能質量的要求。

電站供電半徑約1km，采用6kV或10kV供電均能滿足對終端負荷供電時電壓損失的要求，10kV供電電能損失和短路損耗較小。

本電站最大的電動機為檢修滲漏深井泵的電動機，檢修排水深井泵的單臺電機功率為280kW。根據之前的制造水平，該容量的10kV電動機價格較6kV電動機高約30%～50%。隨著電機絕緣技術的進步，該容量下的兩者價格已經接近。

10kV供電，進線斷路器的熱穩定電流較低，電纜截面小。由于兩種電壓等級的電纜價差較小，采用小截面電纜可節省有色金屬，從而節省電纜投資。

電站110kV施工變電站采用110/35/10kV三個電壓等級，電站備用電源直接從施工變電站10kV母線引接較方便。

綜上所述，6kV與10kV電壓等級相比沒有技術和經濟優勢，為便于廠用電外來電源的引接，減低電能損耗，減少電纜敷設難度，高壓廠用電電壓采用10kV電壓等級。

(2)低壓廠用電壓的選擇。0.4kV電壓等級是我國低壓網絡中正常供電電壓等級，使用經驗成熟，應用范圍廣，因此被本電站采用。

4 廠用電接線

4.1 高壓廠用電接線

4.1.1 廠房高壓廠用電接線方案

單母線分段接線，每組發電機出口引接15.75/10kV高壓廠用變壓器，分別供兩段10kV廠用電母線;母線間設聯絡斷路器。從110kV施工變電站引來的兩回10kV電源分別接到兩段母線上。

4.1.2 高壓廠用電供電方式

根據本電站廠用電系統特點和設計原則，為確保電站的供電可靠性、靈活性，全廠采用分區供電，分為廠壩區用電和泄洪洞進口用電、泄洪出口用電三大部分。

全廠共設3個獨立的10kV配電系統，分別為廠壩區用電和泄洪洞進口用電、泄洪出口用電配電系統。

4.1.3 高壓廠用電接線的備自投原則

廠房10kV母線分為兩段，每段上各接有1回引自機端的電源。兩段10kV母線上各自引接一回引自施工變電站的10kV備用電源。每組母線的I、II段相互備用、優先自動投入。

4.2 低壓廠用電接線

電站供電半徑大，廠用負荷點多、容量大，布置分散。因此對不同性質的負荷采用不同的配電方式，其中一類重要負荷均采用雙回路供電，其他負荷分別采用單層或雙層輻射式供電。遠端負荷，采用10kV雙回路電源引至負荷點，在現地設置配電室，對負荷點的各類負荷供電。并盡可能縮短低壓配電距離、減少電壓損失、提高供電可靠性。

全廠共分:公用配電室、全廠照明配電室、1～2號機自用電配電室、3～4號機自用電配電室、泄洪洞進口箱式變電站、泄洪洞出口配電室、壩頂配電室七個獨立配電中心，均采用雙電源供電，分別引自10kV配電中心I、II段母線。

電站采用1臺柴油發電機組作為全廠黑啟動及保壩度汛電源，接入壩頂配電室400V I段母線。

4.3 低壓廠用電系統制式

由于本電站供電負荷大、供電范圍廣、負荷點分散，應采用供電可靠性高、耗材省的供電方式，故采用TN－S系統，作為低壓廠用電系統的制式。

5 廠用電設備選擇

5.1 設備選擇原則

(1)廠用變壓器容量的選擇采用換算系數法確定計算負荷，并以電站1臺機組檢修、其余3臺機組運行為計算用最大運行方式。

(2)廠用變壓器的容量應保證在正常情況下滿足全廠廠用電負荷的供電，且在一般事故或檢修情況下有足夠的備用容量。

(3)由于廠用設備布置在屋內，廠高變、自用變、公用變以及照明變全部采用干式變壓器，10kV開關設備采用真空開關，使廠用設備“無油化”。

(4)10kV電纜按額定電流選擇，以短路熱穩定和電壓降進行校驗。

(5)10kV及0.4kV電纜全部采用阻燃電纜。

6 結 論

由于深溪溝水電站裝機容量較大，在系統中承擔腰荷和調峰運行任務，要求廠用電系統具有較高的可靠性和靈活性，廠用電接線應滿足在各種工況條件下供電可靠性的要求。因此電站廠用電系統電源的設置應遵循以下原則:當機組運行時，不論是全部機組還是僅有1臺機組運行，必須保證有2個(或2個以上)獨立電源，且在全廠停機時應保證有可靠的外來電源。由此推薦廠用電電源的取得方式為:全廠主供廠用電電源引自擴大單元接線發電機電壓母線;外來備用電源引自施工變電站;用10kV、0.4kV兩級電壓供電;另設柴油發電機組作為電站的保安備用電源。

該方案滿足設計標準和安全運行規范要求

［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.

［2］華東電力設計院.DL/T 5164－2002《水力發電廠廠用電設計規程》［S］.北京:中國電力出版社，2003.