郁江老口樞紐工程水電站電氣主接線設(shè)計(jì)

張 麗

（廣西水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，南寧 530023）

郁江老口樞紐工程水電站電氣主接線設(shè)計(jì)

張 麗

（廣西水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，南寧 530023）

介紹了廣西郁江老口樞紐水電站工程接入系統(tǒng)的方式和電氣主接線選擇。通過對發(fā)電機(jī)電壓側(cè)及升高電壓側(cè)接線組合型式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較、并結(jié)合主要電氣設(shè)備技術(shù)參數(shù)選擇、設(shè)備布置和運(yùn)輸方案進(jìn)行綜合論證，最終選定老口樞紐水電站電氣主接線最優(yōu)方案。

電氣主接線；接入系統(tǒng)；技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較；設(shè)備選擇；設(shè)備布置；老口樞紐

1 概述

廣西郁江老口樞紐壩址位于南寧市區(qū)，左、右江匯合口下游4.7km的郁江上游河段，上游分別距右江金雞灘水電站壩址121km，距左江山秀水電站壩址84km，下游距西津樞紐壩址204km。老口樞紐是郁江綜合利用規(guī)劃十個(gè)梯級中自上而下的第七個(gè)梯級，是一座以防洪、航運(yùn)為主，結(jié)合發(fā)電兼顧改善南寧市水環(huán)境等效益的水資源綜合利用工程；是右江實(shí)現(xiàn)III級航道目標(biāo)的重要工程，也是實(shí)施郁江流域防洪規(guī)劃的關(guān)鍵性工程。

老口樞紐系低水頭閘壩型攔河工程，樞紐建筑物由2×1 000t級頂推船隊(duì)的一線船閘、河床式水電站、平底閘型式泄水閘壩、接頭壩、副壩、魚道等建筑物組成。

老口水電站為樞紐工程配套項(xiàng)目，距南寧市約28km，供電范圍主要為南寧市區(qū)電網(wǎng)內(nèi)的用電負(fù)荷。老口水電站裝設(shè)有5臺單機(jī)容量30 MW的燈泡貫流式機(jī)組，多年平均發(fā)電量639.82 GW·h，裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)4 265h，電站設(shè)計(jì)水平年為2020年。

2 電站接入電力系統(tǒng)方式[1]

根據(jù)《廣西郁江老口航運(yùn)樞紐工程接入系統(tǒng)專題報(bào)告》及2009年9月廣西電網(wǎng)公司《關(guān)于廣西郁江老口航運(yùn)樞紐工程接入系統(tǒng)有關(guān)問題的批復(fù)》，老口水電站主要通過南寧市220 kV石西變電站向南寧市區(qū)電網(wǎng)供電，從電站所處位置、裝機(jī)容量、送電方向和電網(wǎng)發(fā)展等情況出發(fā)，并結(jié)合石西變220 kV和110 kV出線情況，確定老口水電站接入系統(tǒng)方案為：出線電壓等級采用110 kV，出線2回，雙回路均接入220 kV石西變，線路長約2×8km，導(dǎo)線截面均選用630mm2。

3 電氣主接線選擇

3.1 發(fā)電機(jī)電壓側(cè)接線及升壓變壓器選擇

老口水電站發(fā)電機(jī)電壓側(cè)初擬2個(gè)接線方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較：

（1）方案一。采用兩組擴(kuò)大單元接線型式，其中2臺機(jī)組與1臺70 MVA的升壓變壓器連接成擴(kuò)大單元接線；另3臺機(jī)組與1臺100 MVA升壓變壓器連接成擴(kuò)大單元接線。

（2）方案二。采用5組單元接線型式，5臺機(jī)組分別與5臺40 MVA升壓變壓器連接成發(fā)-變組單元接線。

方案一接線清晰，運(yùn)行維護(hù)方便，與方案二比較，發(fā)電機(jī)電壓設(shè)備及變壓器最少，節(jié)省設(shè)備投資，變壓器的電能損耗減少，并可減少相應(yīng)升壓變壓器高壓側(cè)出線，簡化高壓側(cè)接線和配電裝置布置。方案二接線清晰，運(yùn)行靈活，可靠性高，但設(shè)備多，投資大。根據(jù)目前國內(nèi)常規(guī)中型水電站電氣主接線設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，擴(kuò)大單元接線能保證電站的運(yùn)行可靠、靈活，又減少設(shè)備及土建投資。因此推薦方案一為發(fā)電機(jī)電壓側(cè)接線方案。

3.2 升高電壓側(cè)接線

根據(jù)老口水電站接入電力系統(tǒng)方式和發(fā)電機(jī)電壓側(cè)接線的選定，升高電壓110 kV側(cè)2進(jìn)2出，初選3個(gè)接線方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較：

（1）方案一。110 kV高壓側(cè)采用單母線分段接線方式，2回送電線路均采用LGJ—630導(dǎo)線，能將電站全部電能輸送出去。

（2）方案二。110 kV高壓側(cè)采用外橋接線，送電線路導(dǎo)線牌號、送電距離和容量與方案一相同。

（3）方案三。110 kV高壓側(cè)采用單母線接線方式，送電線路導(dǎo)線牌號、送電距離和容量與方案一相同。

電氣主接線方案接線見圖1。

圖1 電氣主接線圖

3.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

方案一110 kV高壓側(cè)采用單母線分段接線簡單清晰，電能由母線集中后分別向各回路供電，配置靈活，每一進(jìn)出線回路由各自斷路器操作，相互之間不影響，便于實(shí)現(xiàn)自動化、遠(yuǎn)動化、繼電保護(hù)簡單，配電裝置布置靈活，當(dāng)一段110 kV母線故障或檢修時(shí)電站仍可以通過另外一段母線送電；110 kV送電線路通過電站110 kV母線斷路器分隔，可避免系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)運(yùn)行。方案二外橋接線雖然高壓斷路器數(shù)量比方案一少，設(shè)備投資省，但缺點(diǎn)是1臺主變壓器故障或檢修，必須同時(shí)斷開2臺斷路器，并短時(shí)切除1回送電線路；橋連斷路器故障時(shí)會造成全廠停機(jī)，當(dāng)該斷路器檢修時(shí)，2回線路需解列運(yùn)行；且橋形接線的主變和線路的繼電保護(hù)較復(fù)雜，可靠性稍差；不利于電站擴(kuò)建。方案三接線及優(yōu)缺點(diǎn)與方案一相似，比方案一少1個(gè)母線聯(lián)絡(luò)間隔，投資稍少，但110 kV母線故障會影響全廠電能送出，且單母線接線在運(yùn)行時(shí)受系統(tǒng)影響較大，可靠性和靈活性比方案一稍差。綜上所述，從長期運(yùn)行的靈活性、穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性考慮，設(shè)計(jì)推薦方案一為110 kV升壓側(cè)接線方式?！稄V西郁江老口航運(yùn)樞紐工程接入系統(tǒng)專題報(bào)告》也推薦電站110 kV側(cè)采用單母線分段接線型式。

電氣主接線方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表1：

表1 電氣主接線技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

3.4 水電站電氣主接線方案選定

經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，推薦老口水電站電氣主接線方案為：發(fā)電機(jī)電壓側(cè)采用兩組擴(kuò)大單元接線型式，其中2臺機(jī)組與1臺70 MVA的升壓變壓器連接成擴(kuò)大單元接線，另3臺機(jī)組與1臺100 MVA升壓變壓器連接成擴(kuò)大單元接線；110 kV升高電壓側(cè)采用單母線分段接線型式。

廣西電網(wǎng)公司《關(guān)于廣西郁江老口航運(yùn)樞紐工程接入系統(tǒng)有關(guān)問題的批復(fù)》也同意此接線型式。

3.5 主要電氣設(shè)備選擇

（1）三相短路電流計(jì)算。三相短路電流是根據(jù)設(shè)計(jì)水平年的電力系統(tǒng)資料和老口水電站發(fā)電機(jī)及變壓器等主要設(shè)備參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，老口水電站110 kV升壓側(cè)母線的三相短路電流為12.92 kA；10.5 kV兩機(jī)一變擴(kuò)大單元母線的三相短路電流為40.22 kA，三機(jī)一變擴(kuò)大單元母線的三相短路電流為54.21 kA。

（2）發(fā)電機(jī)電壓設(shè)備。發(fā)電機(jī)電壓側(cè)采用成套鎧裝移開式金屬封閉高壓開關(guān)柜，柜車采用中置式結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)進(jìn)線采用專用真空型發(fā)電機(jī)斷路器，根據(jù)計(jì)算，其額定電壓12 kV，按照《高壓交流發(fā)電機(jī)斷路器》GB/T14824-2008及《以對稱電流為基礎(chǔ)的交流高壓發(fā)電機(jī)斷路器》IEEEStdC37.013：1997要求，扣除一臺發(fā)電機(jī)故障電流后，發(fā)電機(jī)斷路器額定短路開斷電流均選定50 kA；額定短路關(guān)合電流（峰值）為137 kA；額定短路開斷電流直流分量要求達(dá)75％；當(dāng)開斷系統(tǒng)側(cè)短路電流時(shí)額定瞬態(tài)恢復(fù)電壓幅值45 kV，當(dāng)開斷發(fā)電機(jī)側(cè)短路電流時(shí)額定瞬態(tài)恢復(fù)電壓幅值27 kV。

（3）110 kV升壓配電裝置。通過對升壓變及GIS副廠房戶內(nèi)布置方案、升壓變壓器廠房戶內(nèi)布置及常規(guī)設(shè)備戶外升壓站布置方案、升壓變壓器及GIS廠房戶外布置等3個(gè)升壓配電裝置設(shè)備選型及布置方案進(jìn)行了詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最終選定110 kV升壓配電裝置采用GIS全封閉組合電器設(shè)備，且升壓變及GIS副廠房戶內(nèi)布置方案。選擇全封閉電器為運(yùn)行和檢修人員的安全提供了保障，較大限度地減少由事故造成的損失，同時(shí)提高設(shè)備的可靠性，現(xiàn)場安裝及維護(hù)工作量少，且布置在廠房內(nèi)GIS占地面積和空間小，方便架空出線的引出，對于生產(chǎn)管理及其方便，完全適應(yīng)水電站“少人值班”的發(fā)展趨勢。

GIS額定短路開斷電流選定40 kA；額定短路關(guān)合電流（峰值）為100 kA。

（4）發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)過電壓保護(hù)裝置。本工程兩機(jī)一變擴(kuò)大單元發(fā)電機(jī)電壓回路電容電流約為2.8A＜4.0A；三機(jī)一變擴(kuò)大單元發(fā)電機(jī)電壓回路電容電流約為4.2A＞4.0A，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采用消弧線圈補(bǔ)償方式，以滿足運(yùn)行要求。經(jīng)計(jì)算，每臺機(jī)組消弧線圈的容量選擇為32.9 kVA，采用戶內(nèi)柜裝布置方式。

（5）大件運(yùn)輸。本工程采用垂直進(jìn)廠形式，主變壓器和GIS設(shè)備通過公路運(yùn)輸直達(dá)老口水電站的壩頂公路，使用壩頂門機(jī)經(jīng)安裝間上游的運(yùn)輸豎井垂直吊裝到安裝間，變壓器在安裝間內(nèi)組裝完畢和進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)后，利用滾筒及卷揚(yáng)機(jī)等臨時(shí)設(shè)備推放至位于安裝間下游的2個(gè)變壓器間內(nèi)就位固定；GIS每個(gè)獨(dú)立運(yùn)輸間隔通過設(shè)置在主變間內(nèi)的吊物孔從安裝間吊至GIS層就位。

4 結(jié)語

水電站電氣主接線的選擇直接關(guān)系到工程設(shè)計(jì)的安全可靠性、科學(xué)性及經(jīng)濟(jì)合理性。2014年11月26日，廣西郁江老口航運(yùn)樞紐工程成功截流，水電站1#機(jī)組、2#機(jī)組及5#機(jī)組已分別于2015年7月4日、9月7日及12月正式并網(wǎng)發(fā)電，投入商業(yè)運(yùn)行，截止目前，電站已連續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行超出5 000h，實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院.廣西郁江老口航運(yùn)樞紐工程接入系統(tǒng)專題報(bào)告（系統(tǒng)一次補(bǔ)充材料）[R].南寧：廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院，2009.

（責(zé)任編輯：劉征湛）

Design of main electrical wiring for hydropower station of Laokou Complex

ZHANG Li
（Guangxi Water and Power Design Institute,Nanning 530023,China）

The hydropower station of Laokou Complex is located on Yujiang River in Guangxi.An introduction was made on the mode of connecting to power grid and selection of main electrical wiring for this hydropower station.Technical and economic comparison was conducted for the wiring combinations of generator voltage side and high voltage side,and discussion was made on the selection of technical parameters,arrangement and transport of main electrical equipment,based on which the optimum main electrical wiring scheme was determined.

Main electrical wiring;connecting to power grid;technical and economic comparison;selection of equipment;arrangement of equipment;Laokou Complex

TV73

B

1003-1510（2016）04-0076-04

2016-03-29

張 麗（1967-），女，海南文昌人，廣西水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院高級工程師，主要從事水利水電機(jī)電設(shè)計(jì)工作。