古城水電站電氣主接線方案探討

劉 陽， 譚 先 春

(中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410014)

1 概 述

古城水電站位于四川省平武縣境內，系涪江上游干流梯級開發規劃中的第二級電站。總裝機容量為100 MW，保證出力為29.75 MW，年發電量為4.025億kW·h。

該電站在可行性研究階段，我院推薦的電氣主接線220 kV側采用外橋接線方式。但在施工詳圖設計階段，經過進一步的技術經濟比較，并結合流域梯級電站電氣主接線方式，最終將古城水電站220 kV側主接線變更為單母線接線方式。

雖然上述兩種主接線方式在投資上相差不大，但單母線接線方式技術更為可靠，運行操作更靈活、方便。筆者闡述了變更的必要性、可行性，并對幾種接線方案的技術、經濟性進行了比較。

2 220 kV側電氣主接線方式的變更

2.1 220 kV側電氣主接線方式變更的必要性與可行性

(1) 電氣主接線方式變更的必要性。

據業主介紹，該公司前期建設的火溪河一庫四級電站均采用單母線接線方式，技術人員已十分熟悉單母線接線的運行、維護和檢修。而且該業主對整個流域電站的設備運行和管理的模式是一支隊伍管理所有電站，如果包括古城水電站在內的8個電站220 kV側全部采用單母線接線，將有利于整個流域電站設備的運行管理和維護，并且設備操作的安全性也相對較高。

從技術方面看，盡管橋型接線方式與單母線接線基本相當，但仍存在細微的差別：

對于外橋接線而言，當任意一條線路需要正常停電時，由于線路上未設斷路器，故接于該段上的機組必須短時停電，完成一系列的設備操作，再將該線路進行隔離后重新開機，通過另一條線路送出全站負荷，操作過程比較復雜，運行不方便，同時亦對廠用電系統正常運行造成影響；當線路發生故障時，由于線路上未設斷路器，將直接造成機組甩負荷，可能會對機組的安全運行及使用壽命產生影響。

而對于單母線接線而言，接線簡單明了。由于線路和變壓器高壓側均設有斷路器，運行方式更為可靠、簡單，操作靈活，當任意一條線路正常停電或發生故障時，均不會影響機組和變壓器的正常運行。

(2)電氣主接線變更的可行性。

在提出古城水電站電氣主接線220 kV側接線變更時，古城水電站電氣部分的施工詳圖設計尚處于總體規劃設計階段，220 kV開關站亦未動工，220 kV設備還沒有招標。因此，古城水電站220 kV側電氣主接線由外橋接線變更為單母線接線從時間上來說是可行的，既不影響土建專業的工程進度，也不影響電氣專業對220 kV設備的采購。

2.2 220 kV側電氣主接線方案技術與經濟比較

2.2.1 技術方案比較

電氣主接線方案技術比較即為對其可靠性、靈活性、設備運行安全性進行分析比較，主要包括各電氣設備在故障、檢修時對機組供電的影響，操作、運行及維護的影響，發電機、變壓器是否正常工作，設備布置是否簡單合理，廠用電供電是否可靠等。

對于兩臺機組、兩回出線的古城水電站，當確定機組采用單元接線后，主變高壓側接線可采用的方案有以下三個：

方案(一)：單母線接線(圖1)。

圖1 單母線接線示意圖

單母線接線方式的優缺點：

優點：①接線簡單明了；②開關站布置簡單，占地面積相對較小；③每一進出線回路各自連接一組斷路器，互不影響；④正常運行操作由斷路器進行，便于實現自動化和遠動化。隔離開關只作為斷路器或線路及母線檢修時隔離用，從而減少了誤操作的可能性。同時，繼電保護也比較簡單；⑤斷路器與進出線回路數相等，設備少，投資省。

缺點：①斷路器檢修時，所連回路必需停電；②較外橋接線投資有所增加。

方案(二)：外橋接線(圖2)。

外橋接線方式的優缺點：

優點：①高壓斷路器數量少，比角形接線和單母線接線經濟；②開關站布置簡單，占地面積相對較小。

缺點：①橋連斷路器故障時全廠將停電；②一回線路故障時，需暫時停止電站一半功率送出且同時開斷兩臺斷路器。一臺發電機組將甩所帶負荷，對機組長期安全運行不利。拉開線路隔離開關后，電站全部功率可由一回線路送出；③任意一條線路停電，接于該段上的機組和主變也必須短時停機停電，會對電站廠用電安全構成威脅，操作不方便；④橋連斷路器檢修時，兩回線路需解列運行，此時若有穿越功率通過其將受影響。

方案(三)：四角形接線(圖3)。

圖2 外橋接線示意圖

圖3 四角形接線示意圖

四角形接線方式的優缺點：

優點：①接線成閉合環形，沒有母線，可以充分利用每一回路雙斷路器的特點，任一斷路器檢修時，不會影響回路的連續供電，可靠性高；②正常運行操作由斷路器進行，便于實現電站的自動化和遠動化，不需要母線機電保護。隔離開關只作為斷路器或進出線回路檢修時隔離用，從而減少了誤操作的可能性；③當角形接線采用一字形長條布置時，不論立式閉環還是水平式閉環，布置都比較簡單。

缺點：①該方案所需設備多，投資多；②占地面積相對較大；③每一進出線回路都連著兩組斷路器，每一組斷路器又連著兩個回路，繼電保護和控制回路相對比較復雜，斷路器調試也比較麻煩。斷路器還需滿足并聯開斷要求；④任一組斷路器檢修時都會開環運行，從而降低了接線的可靠性。當其他元件或回路發生故障時，另一正常回路將停電或解列運行。

2.2.2 經濟性比較

電氣主接線方案經濟性比較包括設備綜合投資、電氣設備價格和設備折舊維修費等的比較。

筆者對以上三種方案電氣主接線中相同的部分未進行比較，僅比較了220 kV側。筆者以220 kV配電裝置均采用戶外敞開式設備、中式布置進行比較。主要電氣設備數量比較情況見表1。

表1 主要電氣設備數量比較表

主要電氣設備中，單價最高的是六氟化硫斷路器。從表1中可以看出，方案(二)所需六氟化硫斷路器最少，為3臺，而方案(一)和方案(三)都需要4臺。而對于其他主要設備，方案(二)和方案(一)相差不多，而方案(三)則相差較多。根據當時的價格估算，方案(二)設備價格最少，方案(一)設備相比原方案略有增加，約20萬元，方案(三)方案投資增加最多，約60萬元。

對于以上三種方案，設備折舊、維修費相差不多，在此忽略不計。

2.2.3 綜合分析

方案(一)單母線接線方式在技術上具有較大優勢，在經濟上增加投資亦不多。因此，在施工詳圖設計階段，考慮到流域梯級電站主接線的實際情況，對古城水電站電氣主接線進行了變更設計，最終采用方案(一)，即發變組采用單元接線、220 kV側采用單母線接線的方式。

3 結 語

通過以上分析可知，古城水電站電氣主接線220 kV側接線方式由可研階段的外橋接線變更為施工詳圖階段的單母線接線方式可行。古城水電站于2013年12月試運行，2014年1月1日正式發電，至今運行情況良好。實踐證明，古城水電站電氣主接線采用單母線接線方式是合適的。

筆者認為：在進行電氣主接線設計時，不僅要對接線方案進行技術經濟比較，還應綜合考慮業主對電站運行管理、設備維護和檢修等方面的要求，以及流域梯級電站的實際接線方案，最終優化電氣主接線設計。

參考文獻：

[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.

作者簡介:

劉 陽(1982-)，男，湖北麻城人，工程師，學士，從事機電設計工作；譚先春(1961-)，男，湖南湘鄉人，主任工程師，教授級高級工程師，學士，從事機電設計工作.