水電站廠用電接線方式優化分析

張 豫

(中國三峽集團有限公司中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌443002)

某水電站是長江干流上修建的大型水電工程，它的廠用電系統包括樞紐生產用電、輔助生產用電、生活區用電及其他用電等。其中甲和乙區域樞紐生產用電、輔助生產用電、生活區用電及其他用電之間均有互聯，而甲區域和乙區域均有多個電源點，且相互聯絡關系復雜，存在安全隱患，影響樞紐用電的可靠性和安全性，導致調度困難，不利于停電檢修計劃的制定。

本次優化設計針對水電廠廠用電系統存在的安全隱患，對其進行優化改造，涉及的范圍為甲區域、乙區域變配電和二江電廠部分機組廠用電。甲區域優化以甲變電站為供電中心，其供電范圍包括甲附近的工廠、生活區以及水廠等；乙區域優化以三峽辦公大樓6 kV母線為供電中心，其供電范圍包括三峽辦公大樓、試驗大樓、小學、宿舍樓等。

1 優化設計原則

本優化設計項目根據業主需求，結合水電廠現狀和運行情況，依據水力發電廠相關設計規范，對廠用電接線方式進行詳細比較分析，在此基礎上提出優化設計方案。優化設計原則如下：

1)樞紐生產用電與輔助生產用電、生活用電及其他用電分開[1]；

2)甲區域、乙區域輔助生產用電、生活用電及其他用電不互聯[1]；

3)大江電廠、二江電廠分別為甲區域、乙區域輔助生產用電、生活用電及其他用電各提供兩路電源作主供電源；

4)大江電廠、二江電廠廠房6 kV系統分別為甲區域、乙區域輔助生產用電、生活用電及其他用電各提供兩路電源作為應急電源；

5)甲區域輔助生產用電、生活用電及其他用電全部接入甲35 kV變電站內6 kV 39段、40段母線；

6)乙區域輔助生產用電、生活用電及其他用電全部接入三峽辦公大樓6 kV 37段、38段母線。

7)大江開關站6 kV 11段、12段、13段母線原則上不再對外提供電源。

2 廠用電系統現狀

廠用電電源分別來自大江、二江電站各4臺主變的低壓側和自備電廠主變低壓側的1路電源，共9路電源。

水電站廠用電系統包括樞紐生產用電、輔助生產用電、生活區用電及其他用電等。樞紐生產用電包括發電生產用電、泄水設施用電、通航用電、水換流站用電等；輔助生產用電為水廠6 kV 31段與32段母線、三峽大樓6 kV 37段與38段母線；生活區用電為6 kV 33段、35段、36段、39段、40段母線以及甲35 kV兩段母線；其他用電為武警、公安、自來水公司及甲各企業用電。這些廠用電系統存在的問題如下。

1)甲片區的三個區域之間的接線有互聯，且比較復雜。甲片區的接線情況為：由25B、27B變壓器的35 kV側給甲變電站35 kV降壓變提供電源；甲水廠和甲生活區電源分別來自由26B變壓器供電的廠房6 kV母線8段、500 kV開關站6 kV母線12段和27B變壓器的6 kV母線9段，三個區域之間有互聯，接線比較復雜。

2)乙區域有些接線影響機組安全穩定運行，同時存在機組檢修時供電容量不足。乙區域三峽辦公大樓主供電源由發電機端取電的321B、324B變壓器的6 kV母線37段、38段提供，應急電源由21B、24B變壓器供電的6kV母線3段、6段提供；乙6號和9號樓的電源分別來自6段和3段母線，與三峽辦公大樓應急電源來源一致。21B、321B變壓器并列取自3F發電機機端，24B、324B變壓器并列取自6F發電機機端，影響機組安全穩定運行，同時在機組停電檢修時乙區域存在供電容量不足的現象。

3 廠用電接線優化設計

針對現有廠用電系統存在的問題，需要對廠用電系統接線進行優化設計。

盡管在甲和乙區域均設有變電站，但兩者與電廠距離均較近，兩個區域變電站的變配電系統屬于電站廠用電系統的一部分。整個水電廠的廠用電只占裝機容量的6%左右，而甲和乙區域變電站的容量則只占水電廠裝機容量的1%左右，因此，甲和乙區域變電站的無功損耗對水電廠的功率因數的影響微乎其微。此外，發電機作為無功電源，也能向廠用電系統提供充足的無功容量。基于以上原因，本次廠用電接線優化不考慮在甲和乙區域變電站設置無功補償裝置。

3.1 甲區域優化設計

1)將甲35 kV變電站原6 kV J段、K段母線合并為新K段母線。將甲35 kV變電站35 kV開關柜由雙列布置改為單列布置，為J段開關柜提供安裝位置。改造后的J段和K段母線均預留備用柜。

2)將一分廠6 kV 8段母線至A段母線的電源回路改接至K段母線上，作為K段母線的應急電源；從大江6 kV 10段母線取一路電源接至J段母線上，作為J段母線的應急電源。

3)將大江電廠10段母線上至水換流站的電源回路轉接至甲變電站J段母線上，將500 kV開關站6 kV 11段母線至水換流站的電源回路轉接至甲變電站K段母線上。

4)取消甲6 kV A段、B段、C段母線，其負荷全部轉移至J段、K段母線；將500 kV開關站6 kV 12段母線至B段母線的供電回路改接至B段母線上，作為與J段、K段母線的備用聯絡線。

5)供電廠警衛用電的配電室目前為單電源，根據使用情況，現增加一路電源變為雙電源供電。其接線方式為：分別從甲35 kV變電站6 kV J段、K段母線上引接1回電源，同時取消從500 kV開關站6 kV 11段母線上的供電回路，并在警衛室供電變壓器高壓進線電纜端安裝1臺T接隔離刀閘，從而可實現雙電源切換。

6)將原接至500 kV開關站12段母線上的新文灣負荷改接至J段母線上。

優化后，甲35 kV變電站6 kV回路負荷統計情況如表1。

根據以上負荷統計、計算，考慮一、二級負荷占總負荷的60%，目前甲變電站的2臺35 kV、8 000 kVA變壓器可以滿足改造后的甲區域各用電負荷需要[2]。

甲變電站兩段35 kV母線目前實際負荷分別為6 400、3 500 kVA，因此，通過調整負荷分布，可以使甲區域的負荷較均勻分配在兩段35 kV母線上，即正常運行時，2臺主變負荷基本均等[3]。

表1 甲變電站優化后6kV回路負荷統計表

注：①2臺變壓器互為備用時按1臺計算[4]；② 同時系數和需要系數均取0.7[5]。

3.2 乙區域優化設計

1)對Q21B、Q24B變壓器進行增容改造，其電壓比由13.8 kV/6.3 kV改為35 kV/6.3 kV、容量分別由4 000 kVA(321B)和6 300 kVA(324B)增容為16 000 kVA。由21B、24B變壓器的35 kV側向Q21B、Q24B變壓器供電，取消原從機端13.8 kV對Q21B、Q24B變壓器的供電回路。

2)對6 kV G段、H段母線進行整體改造換型，將布置在高壓開柜室內的蓄電池組移至其他房間，便于布置G段、H段開關柜。G段和H段均預留備用開關柜。

3)分別從6 kV 3段、6段母線上取一路電源作為6 kV G段、H段母線的應急電源。

4)乙生活用電6 kV E段、F段母線電源分別改接至G段、H段母線，將衛生院負荷改接至6 kV G段母線上。取消原二江電廠6 kV 6段母線至F段母線的電源連接線、3段母線至E段母線的電源連接線。

5)在H段母線上增加一路電源至乙水廠泵站，現3段母線至乙水廠泵站電源保留，作為其備用電源；取消防淤壩400 V 36P至乙水廠泵站的備用電源回路，在330B變壓器高壓側增加T接隔離開關1臺，可實現雙電源切換。

6)取消3段母線至89B變壓器、6段母線至90B變壓器的電源回路，保留原從89B、90B變壓器高壓側分別至G段、H段母線的聯絡回路作為車間89B、90B變壓器的電源回路。

7)將原接至6段母線上的乙活動中心313B變壓器電源回路改接至38段母線上。

包括三峽辦公大樓在內的乙區域6 kV回路負荷統計情況如表2。

表2 三峽辦公大樓優化后6 kV回路負荷統計表

注：①2臺變壓器互為備用時按1臺計算[4]；②辦公大樓主要為感性負載——照明和空調等，根據其負荷特性，同時系數和需要系數取正常范圍0.7～0.8的上限[5]。

根據表2統計、計算和負荷實際使用情況，考慮Q21B、Q24B變壓器其中1臺故障或檢修時另1臺能夠滿足G段和H段母線全部負荷需求，則乙區域計算容量約為10 889 kVA。目前乙區域實際負荷約為10 876 kVA，考慮到需留有一定的富裕容量為后期發展提供電源，則Q21B、Q24B變壓器的容量選擇為16 000 kVA[2]。

4 結 語

通過對甲區域、乙區域兩個區域的優化設計，增加廠用電變壓器容量，改善接線線路，能夠理清水電廠廠用電系統之間的關系，消除安全隱患，保障樞紐生產用電的安全可靠，提高生產效率，方便電力生產和員工生活。