水電站電氣主接線方案比選

□龔定文

（廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測設(shè)計研究院）

1 前言

近年來，隨著中國對水電站建設(shè)規(guī)模的逐漸擴大，以及對水電站建設(shè)要求的越來越高，促使水電站建設(shè)企業(yè)必須對現(xiàn)有的施工技術(shù)、方案進行優(yōu)化，并采用先進的技術(shù)和性能良好的設(shè)備來建設(shè)水電站。在水電站工程中，電氣主接線方案的選定對水電站運行的穩(wěn)定性和可靠性有著直接的關(guān)系，直接影響水電站的運行維護和投資成本。

2 水電站系統(tǒng)的接入方式

某水電站，將110 kV 等級作為接入系統(tǒng)的方式。110 kV共有4回出線，其中，2回出線的截面設(shè)計為LGJ 185，而線路長度則設(shè)計為2 km×6 km。1回出線的截面設(shè)計成LGJ 240，而線路長度則設(shè)計成11 km。1回出線的截面設(shè)計成LGJ 300，而線路長度則設(shè)計成52 km。

該水電的主要優(yōu)勢為梯級運行與聯(lián)合調(diào)度等，對水資源進行合理利用，實現(xiàn)流域梯級調(diào)度，其主要功能有促進系統(tǒng)效益、承擔事故備用、調(diào)相、調(diào)頻、調(diào)峰以及供電等，能夠?qū)\行方案進行靈活操控，在提高電網(wǎng)穩(wěn)定性、優(yōu)化供電質(zhì)量以及促進電站經(jīng)濟效益等方面有著重要作用。該水電站于2010年建成并投入運行，在長期工作中，經(jīng)受了不同工況條件的考驗，該系統(tǒng)具備可靠、穩(wěn)定、安全以及靈活的特點，主要原因在于電氣接線方案非常合理，考驗保證不同設(shè)備之間的穩(wěn)定配合，促使系統(tǒng)功能得到充分發(fā)揮。

3 接線方案比較、選擇研究

該水電站出力在8.56 MW 以上，近年年均發(fā)電量達到1.44 億KW·h，并且裝機每年利用小時數(shù)高達3 806 h。結(jié)合該水電站經(jīng)濟合理、接線清晰以及供電可靠等接線設(shè)計原則。按照該電站裝機容量、規(guī)程規(guī)范以及系統(tǒng)接入方式等，在設(shè)計環(huán)節(jié)中，需要認真比較以下設(shè)計方案。

3.1 發(fā)電機接線方案

3.1.1 擴大模塊接線與單元接線的組合方案

在10.50 kV 系統(tǒng)中采取該方案，即采取方案一。擬選用SF9 16000/110與SF9 31500/110型號主變壓器一臺。

缺陷：在主變壓器法身故障時，會對與之相連機組送電穩(wěn)定性造成影響。并且擴大單元接線中需要承擔生活區(qū)供電以及電站生產(chǎn)負荷等，在機組出現(xiàn)停機故障時，會對相應(yīng)的區(qū)域的供電穩(wěn)定性造成影響。

優(yōu)點：接線簡單、運維便捷。10.50 kV 系統(tǒng)中主要為抵押設(shè)備，設(shè)備布置便捷。設(shè)備能夠穩(wěn)定運行，維護工作簡單、較少，可以實現(xiàn)少人值守或是無人值守。能夠?qū)υO(shè)備運行進行靈活控制。

3.1.2 單母線分段接線方案

在10.50 kV 系統(tǒng)中采取該方案，即采取方案二。擬選用SF9 16000/110與SF9 31500/110型號主變壓器一臺。

缺陷：需要增設(shè)母線設(shè)備，基于設(shè)備增多情況，繼電保護更加復雜，并增加設(shè)備成本。

優(yōu)點：接線簡單，運維便捷。可以采用成套的配電設(shè)備，使現(xiàn)場布置更加簡化，能夠有效提高Q 電站廠用供電的穩(wěn)定性。一段母線與其連接設(shè)備進行檢修或是發(fā)生故障的情況下，可以運用另一端母線與設(shè)備進行送電，促使電站供電靈活性與有效性得到充分提高。

3.1.3 單母線部分斷接線方案

在10.50 kV 系統(tǒng)中采取該方案，即采取方案三。擬選用SF9 16000/110與SF9 31500/110型號主變壓器一臺。

缺陷：在電動機母線出現(xiàn)故障以及開展檢修工作時，需要將同時電站發(fā)電工作，因此，可靠性較差。

優(yōu)點：接線簡單，運維方便。可以采用成套的配電設(shè)備，使現(xiàn)場布置更加簡化。并且該方案的繼電保護非常簡單。該電站接線方案存在差異，則其設(shè)備選用也會存在一定差異，其中，方案一的設(shè)備成本達到596.11萬元，而方案二的設(shè)備成本達到608.80萬元，另外，方案三設(shè)備成本達到591.20萬元。

3.1.4 三種方案經(jīng)濟性與技術(shù)性比較

以技術(shù)角度分析，三種方案在運行方面有著較高的可靠性與安全性。然而在方案一中，電機電壓系統(tǒng)中的設(shè)備較少，因此，其繼電保護更加簡便，維護工作少。在對主變壓器進行檢修或是其出現(xiàn)故障時，與之相連機組無法進行電力輸送。在方案二中，對10.50 kV 系統(tǒng)中的母線設(shè)備進行了增設(shè)，使得其繼電保護更加復雜，運維不夠比便捷。在方案三中，電器電壓系統(tǒng)中的設(shè)備較少，然而在開展母線檢修工作或是母線出現(xiàn)故障的情況下，需要停電處理，因此其靈活性較低。以經(jīng)濟角度分析，方案三建設(shè)成本最低，方案二從建設(shè)成本最高，兩者相差17.60萬元。

在對交通條件、氣候環(huán)境、經(jīng)濟合理、管理水平以及運維靈活等諸多因素進行綜合考慮之后，發(fā)電機系統(tǒng)接線工作建議選擇方案一，經(jīng)專家組對該方案進行了核定，同時表示認可，結(jié)合Q電站實際情況，發(fā)電機系統(tǒng)最佳接線方案為方案一。在其長期運行考驗，使得該方案的安全性、可靠性、技術(shù)先進以及經(jīng)濟合理等要求得到有效驗證。見圖1。

圖1 發(fā)電機電壓系統(tǒng)接線圖

3.2 升高電壓系統(tǒng)接線方案比較與選擇

3.2.1 單母線分段接線方案

缺陷：進行斷路器檢修工作時，需要對所連回路進行停電出力。在分段斷路器出現(xiàn)故障情況下，需要全場停電，將隔離開關(guān)拉開之后，母線通過解列方式運行，開展檢修工作時，也可以通過解列方式運行。相比于單母線接線，增加斷路器與相應(yīng)設(shè)備之后，布置面積也會隨之增加。

優(yōu)點：接線簡單，運維便捷。在各條出線與進線中，均設(shè)有獨立斷路器，因此，彼此之間不會產(chǎn)生影響。由斷路器開展運行操作，可以實現(xiàn)遠動化與自動化目標。隔離開關(guān)僅僅應(yīng)用于母線檢修以及線路檢修等隔離操作中，進而控制失誤問題。繼電保護非常簡單，對于出線與進線回路不用嚴格對應(yīng)，并且電能通過母線向各條出線輸送，其可靠性低于雙母線而高于單母線。

3.2.2 單母線帶旁路接線方案

缺陷：對母線與其所連設(shè)備進行檢修或是其發(fā)生故障時，需要停電才能開展相關(guān)工作。相比于單母線分段，該方案的斷路器少一組，然而需要增設(shè)隔離開關(guān)與旁路母線，布置更加復雜。

優(yōu)點：接線簡單，運維便捷。在各條出線與進線中，均設(shè)有獨立斷路器，因此，彼此之間不會產(chǎn)生影響。由斷路器開展運行操作，可以實現(xiàn)遠動化與自動化目標。繼電保護非常簡單，對于出線與進線回路不用嚴格對應(yīng)，并且電能通過母線向各條出線輸送，配置更加靈活。

3.2.3 雙母線接線方案

缺陷：隔離開關(guān)增加，因此提高了設(shè)備成本。母線切換操作非常復雜，極易產(chǎn)生失誤問題，對遠動化與自動化建設(shè)造成阻礙。母聯(lián)斷路器發(fā)生故障之后，需要對全廠進行停電處理。

優(yōu)點：接線簡單，運維便捷。在各條出線與進線中，均設(shè)有獨立斷路器，因此，彼此之間不會產(chǎn)生影響。一組母線與相應(yīng)的設(shè)備發(fā)生故障時，不會對另一條母線工作造成影響，對故障母線回路與另一條母線進行切換即能夠恢復供電。見圖2。

圖2 升高電壓系統(tǒng)接線圖

3.2.4 三種方案比較

通過對建設(shè)成本、安全性、靈活性以及經(jīng)濟性等方面進行綜合考慮，應(yīng)該選用方案一，專家組對該方案進行了核定，表示認可，結(jié)合該電站實際情況，發(fā)電機系統(tǒng)最佳接線方案為方案一。在長期運行考驗中，使得該方案的安全性、可靠性、技術(shù)先進以及經(jīng)濟合理等要求得到有效驗證。

4 結(jié)語

綜上所述，在水電站設(shè)計施工以及運行管理等方面，需要以主接線為依據(jù)。通過實踐證明，該水電站電氣接線方案為實現(xiàn)流域梯級調(diào)度夯實了基礎(chǔ)，該水電站自投入運行以來，僅產(chǎn)生2 次故障問題，因此，其具有良好的可靠性與靈活性。若是今后相關(guān)人員設(shè)計類似接線方式時，可以參考Q水電站工程設(shè)計方案，進而節(jié)約建設(shè)成本，提高建設(shè)質(zhì)量。