三河口水電站廠用電系統設計

張 蕾

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 710001）

三河口水電站廠用電系統設計

張 蕾

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 710001）

三河口水電站既有發電又有供水要求，對廠用電系統的供電的可靠性和靈活性要求較高。通過對三河口水電站廠用電系統的電源引接、接線方式等方面的問題進行探討，提出采用發電機10.5kV電壓母線接兩路廠用主工作電源，另引接兩路外來10kV廠用備用電源供電，成功解決了機組直接啟動時，母線電壓降低對廠用系統造成的影響,為三河口電站的安全運行奠定了基礎。

廠用電系統；供電電源；變壓器選擇；方案設計

Abstract:Sanhekou hydropower station has not only power generation but also water supply requirements,the reliability and flexibility of the power supply system must meet the higher requirements.Through the connection of power supply and wiring of Sanhekou Hydropower Station,it is proposed to use the generator 10.5kV voltage bus to connect the two main power supply,and the other two external power supply of 10kV auxiliary power supply,Successfully solved the unit started directly,the bus voltage drop on the impact ofthe plant systemfor the Sanhekou power station laid the foundation for the safe operation.

Keywords:Power systemofthe Plant,supplypower,transformer selection and the scheme design

三河口水電站作為引漢濟渭工程三河口水利樞紐的重要組成部分，位于陜西省佛坪縣與寧陜縣境交界、漢江一級支流子午河中游峽谷段，其主要任務是從漢江向關中地區工業及城市調水。電站廠房內裝有兩臺10 MW水泵水輪機組和兩臺20 MW常規水輪發電機組。主要運行方式為利用供水進行發電，發電工況額定總裝機功率為60 MW，抽水工況總裝機功率20 MW。電站發電機出口電壓10.5 kV側采用單母線分段接線，通過兩臺40 MVA的三相雙繞組有載調壓電力變壓器與110 kV高壓側相連接，以110kV一級電壓接入電力系統。電站采用“無人值班”（少人值守）的運行管理模式，通過計算機監控系統對電站及大壩等重要設施進行統一監控和調節，對廠用電系統供電的可靠性提出了更高的要求。本文就三河口水水電站用電系統的設計進行分析研究。

1 用電系統特點

三河口樞紐的主要運行方式為利用供水進行發電，運行方式多變。并且由于其在整個工程中的的重要地位，對廠用電源的供電可靠性也要求更高。

（1）需要對廠用電系統配置多個獨立電源，以滿足不同運行方式的需求。

（2）由于運行工況復雜，既有抽水工況又有發電工況，既有變頻運行，又有工頻運行，對廠用電系統的自動切換也提出了更高的要求。

2 用電系統接線

2.1 用電設計原則

無論是機組全部運行還是部分運行，必須確保不少于兩個獨立電源。且遵循以下原則[1]：

（1）滿足各種運行方式工況下的用電負荷需要，并確保其供電可靠性。

（2）應滿足在一個電源發生故障時另一個獨立電源能夠自動或遠方操作切換投入，縮小故障時間和范圍，確保系統運行的靈活性。

（3）在滿足機組安全穩定運行的前提下，系統接線應力求簡單清晰，做到經濟合理。

（4）各電源應相對獨立。任一電源發生故障，在繼電保護正常動作情況下，不致使其他電源同時失掉。在廠用工作電源和備用電源失效時，應能盡快投入事故備用電源。

2.2 用電供電電源

廠用電源應具有較高的可靠性、靈活性和經濟性。在各種運行方式下，保證機組的安全可靠運行。該水電站總共設置四回獨立廠用電源，兩回廠用工作（備用）電源，兩回外來廠用電源。

廠用電電源應優先從發電機電壓母線引接[1]，由本廠機組供電。由于三河口水電站發電機電壓母線10 kV側采用單母線分段接線，考慮從兩段發電機電壓母線上各引接一回廠用電源。正常情況，兩回同時供電，母聯斷開。當任一段設備故障時，母聯斷路器合上，由無故障一段供電，保證廠用電源的安全可靠。

另外，水力發電廠應有可靠的外來廠用電源。三河口水電站原采用由35 kV施工變電所10 kV母線引接一回電源作為外來廠用電源；現考慮到電站主要運行方式為利用供水進行發電，既有抽水又有發電工況，為適應泵工況運行時，抽水揚程變幅范圍的需要，水泵水輪機組在抽水工況下采用變頻變速的運行方式，正常情況變頻啟動。當變頻器或相關電氣設備故障，機組需采用全壓直接啟動，由于該電站兩臺水泵水輪機組容量較大，直接啟動時，啟動電流較大，啟動母線電壓降低較多，對廠用系統造成很大影響。廠用系統故障將對整個電站乃至整個調水工程造成重大影響。

經過項目組設計人員的反復討論，提出減少影響的廠用電系統接線方案的優化措施，即廠用工作主電源從發電機10.5 kV電壓兩段母線分別引接一回，外來備用電源除了從35 kV施工變電所10 kV母線引接一回，另外從壩區10 kV母線引接一回，作為另一回外來廠用備用電源。直接啟動時，由外來兩路備用電源供廠用電系統運行。成功解決了機組直接啟動時母線電壓降低對廠用電系統造成的影響，提高了廠用電系統的安全可靠性。

2.3 廠用電接線及供電方式

2.3.1 接線方式

三河口水電站廠用負荷包括機組自用電及其附屬設備用電，以及檢修、采暖通風、照明、消防及生活供水、尾水閘門等公用電。考慮到該電站機組臺數不多，屬于中型電站，因此電站廠用電系統接線采用機組自用電與全廠公用電混合供電方式。由于該電站照明負荷占全廠總用電負荷的比例很小，所以照明和動力用電采用同一臺配電變壓器供電，不設專用照明變壓器。根據負荷統計，該電站所有廠用負荷均為400 V用電負荷，因此采用400 V一級電壓供電。

但考慮到三河口電站廠用電源相對較多，切換較復雜，廠用電系統設置高壓廠用母線，采用單母線分段接線。主供電電源分別從兩段發電機10.5 kV電壓母線各引接一回，外來備用電源從35 kV施工變電所10 kV母線引接一回接至高壓廠用Ⅰ段母線，壩區引接一回10 kV備用電源至廠用Ⅱ段母線。

高壓廠用電系統接線圖見圖1。

圖1 高壓廠用電系統接線圖

2.3.2 供電方式

三河口電站低壓采用380/220 V中性點直接接地的TNC-S系統，設置低壓廠用母線，單母線分段接線，分別從兩段高壓廠用母線各引接一回供電，兩段互為備用。正常情況，兩段母線分列運行，一段電源故障，投入母聯，由另一段母線電源供電。并在兩段母線之間裝設低壓備自投切換裝置。

廠內及其附近的廠用電低壓負荷分別以主、分配電屏雙層輻射式供電，分配電屏布置于所供電的負荷附近。對容量較大或可靠性要求較高的負荷，如機旁動力屏，機組勵磁屏等，由主配電屏以單層輻射式直接供電。按照廠用電負荷分類，本工程Ⅰ類負荷按兩個供電電源設計，從低壓配電屏兩段母線各引接一回；Ⅱ類負荷從低壓配電屏直接供電，或者由低壓配電屏直接供電的動力配電箱供電。Ⅲ類負荷采用干線式供電，由動力配電箱直接供電。

低壓廠用電系統接線圖見圖2。

圖2 低壓廠用電系統接線圖

3 廠用變壓器選擇

3.1 型式選擇

為了更好的滿足水電站的運行維護、節能和防火要求，三河口水電站10 kV廠用變壓器選用戶內環氧樹脂澆注、低噪音節能型干式變壓器。干式變壓器具有阻燃性、無爆炸性、運行維護簡單等諸多優點，且與相同電壓等級油浸式變壓器的絕緣水平一致。布置于廠房內，使得整體布置整潔美觀[2]。

兩臺廠用變壓器均選用D，yn11聯結組別的三相變壓器。D，yn11接線與Y，yn0接線組別的配電變壓器相比，前者空載損耗與負載損耗雖略大于后者，但D，yn11接線比Y，yn0接線的零序阻抗要小很多，接近正序阻抗，因而縮小各類短路類型的短路電流差異，可簡化保護方式，特別有利于單相接地短路故障保護。

3.2 容量選擇

廠用變壓器容量應滿足各種運行方式下可能出現的最大負荷。并且保證一臺站用變壓器故障或檢修時，其余廠用變壓器應能擔負Ⅰ類、Ⅱ類廠用電負荷或短時擔負廠用電最大負荷的能力。確定廠用電最大負荷需考慮如下幾個方面因素[2]：a.經常連續和經常短時運行的負荷均應納入負荷統計范圍；b.經常斷續運行負荷需計入同時率后統計；c.不經常連續及不經常短時運行的負荷按設備組合運行情況計算，但不計僅在事故情況下運行的負荷；d.不經常斷續運行的負荷，僅計入在機組檢修時經常使用的負荷。e.互為備用的電動機，只計入參加運行的部分。根據上述要求，統計出所有同時參加運行時最大負荷負荷的額定功率的總和。采用綜合系數法，按下式計算廠用電最大負荷[3]：

式中，Sjs為廠用電最大負荷（kVA）；Ko為全廠或混合供電時廠用電負荷的綜合系數，取0.79；ΣPo為所有同時參加最大負荷運行時負荷的額定功率的總和（kW）。

分析各種不同運行工況，不同運行方式，分別統計廠用電負荷。主要有以下幾種運行方式：①四臺機全部運行；②三臺運行，一臺水泵水輪機組檢修；③兩臺常規機組運行，兩臺水泵水輪機組檢修；④一臺常規機組運行，其余三臺機組檢修。廠用電最大計算負荷統計見表1。

根據廠用電最大負荷計算原則，經統計計算分析，本站最大站用負荷出現在一臺機組檢修，其余三臺機組正常發電的運行工況下。所有同時參加運行時最大負荷額定功率的總和為864.62 kW，廠用電最大負荷為683.05 kVA，選用800 kVA變壓器滿足廠用電最大負荷要求。

由于廠用變壓器安裝在戶內，環境溫度及通風均能滿足廠用變壓器按額定容量運行的要求，而且廠用變壓器經常負荷率很低，過負荷能力較強，所以選擇廠用變壓器容量不計周圍環境溫度的影響[4]。

該電站廠用最大一臺電動機為壩區排水泵電機75 kW，選擇800 kVA變壓器能滿足該電動機啟動時的電壓校驗要求。故該電站選用800 kVA兩臺廠用變壓器，互為備用。

表1 廠用電最大計算負荷統計表

4 結語

三河口水電站采用發電機10.5 kV電壓母線接兩路廠用主工作電源，另引接兩路外來10 kV廠用備用電源供電，成功解決了機組直接啟動時，母線電壓降低對廠用系統造成的影響。

廠用電系統的總體方案充分考慮了水電站的自身特點，從電源引接，接線方式，電源切換等幾個方面實現了供電的可靠性和靈活性，為三河口電站的安全運行奠定了基礎。

[1]SL485-2010，水利水電工程廠（站）用電系統設計規范[S].北京：中國水利水電出版社發行.

[2]程黎、陳昌斌、蔡彬，構皮灘水電站廠用電系統設計及其特點[J].人民長江，2009.01.

[3]NB/T35044-2014，水力發電廠廠用電設計規程[S].北京：中國電力出版社發行.

[4]弋東方，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，1989.

Design of Auxiliary Power System of Sanhekou Hydropower Station

Zhang Lei

（Shaanxi Provincial Water Conservancyand Electric Power Surveyand Design Institute Xi’an 710001,Shaanxi）

TV736；TM762.1

B

1673-9000（2017）05-0109-03

2017-05-20

張蕾（1985-），女，陜西延安人，工程師，主要從事電氣泵站、水電站、電氣一次設計工作。

文章編號：1673-9000（2017）05-0112-03