王衛(wèi)峰 王新峰

（1. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 新疆 烏魯木齊 830002；2. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 新疆 石河子 832000）

1 水電站電氣主接線(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)的基本原則及特點(diǎn)

在設(shè)計(jì)水電站電氣主接線(xiàn)時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際現(xiàn)狀情況，并結(jié)合有關(guān)規(guī)程、規(guī)范遵循以下原則進(jìn)行：首先應(yīng)滿(mǎn)足電力系統(tǒng)對(duì)水電站供電穩(wěn)定性、可靠性要求，即能夠不間斷地（或可用率很高地）向系統(tǒng)送出合格電能；應(yīng)綜合考慮水電站的水文氣象、動(dòng)能特性、建設(shè)規(guī)模、接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)、樞紐總體布置、地形和運(yùn)輸條件、環(huán)境保護(hù)、設(shè)備特點(diǎn)等因素；電氣主接線(xiàn)應(yīng)簡(jiǎn)單、清晰，便于操作維護(hù)運(yùn)行；電氣主接線(xiàn)應(yīng)具有一定的靈活性，適應(yīng)性；電氣主接線(xiàn)設(shè)計(jì)應(yīng)便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)、合理；滿(mǎn)足電站初期發(fā)電及最終規(guī)模的運(yùn)行要求，還應(yīng)考慮便于分期過(guò)渡；在可行性研究、初步設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)電力系統(tǒng)連接的要求和水電站的裝機(jī)臺(tái)數(shù)，進(jìn)行電氣主接線(xiàn)方案比較和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析論證。

水電站電氣主接線(xiàn)的特點(diǎn)主要有：水電站不同于火電廠，一般一次建成，不擴(kuò)建；水電站開(kāi)機(jī)程序比較簡(jiǎn)單，機(jī)組起動(dòng)迅速，并容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，無(wú)大的近區(qū)負(fù)荷，用升高電壓送電，出線(xiàn)回路少，多為調(diào)峰運(yùn)行，開(kāi)停機(jī)頻繁；不同于火電廠和降壓變電所，一般不預(yù)留出線(xiàn)回路；水電站廠用負(fù)荷較小，一般不從高壓側(cè)引線(xiàn)，備用廠用電源可引自地區(qū)配電網(wǎng)或保留施工變電站來(lái)解決；水電站多處于狹小山區(qū)，開(kāi)關(guān)站一般不作為分配或中轉(zhuǎn)電能的變電站，電氣主接線(xiàn)宜接線(xiàn)簡(jiǎn)單清晰；在同一河流上的梯級(jí)水電站或地理位置相近的幾個(gè)水電站，電站之間既有電的聯(lián)系，又有水的聯(lián)系；水電站電氣主接線(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)妥善解決近區(qū)負(fù)荷的供電問(wèn)題；規(guī)模較大的水電站或重要的水庫(kù)壩后電站，經(jīng)過(guò)論證可設(shè)置專(zhuān)用的發(fā)電機(jī)組作為電站事故保安電源。

2 水電站電氣主接線(xiàn)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)論證

肯斯瓦特水利樞紐工程位于新疆維吾爾自治區(qū)瑪納斯河上，是兵團(tuán)最大的水利樞紐工程，是兵團(tuán)農(nóng)八師石河子的重點(diǎn)項(xiàng)目，水庫(kù)壩址位于瑪納斯河干流與支流清水河匯合口以下550m處，距下游已建的瑪納斯河一級(jí)電站引水渠首2km。距離石河子市78km，距離烏魯木齊市228km。

肯斯瓦特水利樞紐是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電的大Ⅱ型水利工程，總庫(kù)容1.88億m3，控制灌溉面積316.3萬(wàn)畝，電站裝機(jī)100MW，年均發(fā)電量2.703億kWh；工程建成后可將下游防護(hù)對(duì)象的防洪標(biāo)準(zhǔn)從10年一遇提高到50年一遇。

水電站總裝機(jī)容量（1×10+3×30）MW，最大水頭121.67m，最小水頭84.33m，額定水頭95m。裝機(jī)容量10MW的機(jī)組，單機(jī)供水，發(fā)電流量11.86m3/s；裝機(jī)容量30MW的機(jī)組，單機(jī)供水，發(fā)電流量35.18m3/s。電站保證出力為9.0MW，年最大利用小時(shí)數(shù)2703小時(shí)，年發(fā)電量2.703億kWh。

2.1 水電站電氣主接線(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)的條件

本電站是壩后式水電站，總裝機(jī)（1×10+3×30）MW，為中型水電站，其電氣主接線(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足以下條件：電站接入系統(tǒng)電壓為110kV電壓等級(jí)，110kV出線(xiàn)要求四回，發(fā)電機(jī)出口電壓為10.5kV；電站作為調(diào)峰或基荷運(yùn)行；按無(wú)近區(qū)大負(fù)荷考慮，發(fā)電機(jī)電壓母線(xiàn)無(wú)需直配線(xiàn)；電站建成后運(yùn)行人員生活區(qū)供電和壩區(qū)供電有條件解決，不由廠用電提供。

2.2 水電站發(fā)電機(jī)電壓接線(xiàn)選擇

本電站裝機(jī)容量為（1×10＋3×30）MW。根據(jù)電站的機(jī)組臺(tái)數(shù)及裝機(jī)容量，機(jī)端電壓確定為10.5kV。結(jié)合水力動(dòng)能特性，電站發(fā)電機(jī)側(cè)的接線(xiàn)選擇單母線(xiàn)分段接線(xiàn)、擴(kuò)大單元接線(xiàn)、單元接線(xiàn)三種接線(xiàn)方案進(jìn)行分析論證。

方案一：?jiǎn)文妇€(xiàn)斷路器分段接線(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行靈活、可靠，母線(xiàn)可分段運(yùn)行，減少短路電流；任一段母線(xiàn)檢修或故障，不影響另一段母線(xiàn)運(yùn)行；采用斷路器分段運(yùn)行操作方便靈活。缺點(diǎn)：運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高，電能損耗大，與其它方案比總投資多。

方案二：擴(kuò)大單元接線(xiàn)。簡(jiǎn)單、清晰，與單元接線(xiàn)相比，減少了主變壓器臺(tái)數(shù)及其相應(yīng)的高壓設(shè)備數(shù)量，縮小布置場(chǎng)地，節(jié)省投資；減少了主變壓器高壓側(cè)進(jìn)出線(xiàn)，可簡(jiǎn)化布置和高壓側(cè)接線(xiàn)；主變壓器或其對(duì)應(yīng)高壓側(cè)設(shè)備故障、檢修，本單元兩臺(tái)機(jī)組容量受阻；運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，電能損耗小，與其它方案比總投資少。

方案三：?jiǎn)卧泳€(xiàn)。機(jī)組與主變壓器數(shù)量相同，對(duì)應(yīng)性好，可靠性最高；繼電保護(hù)簡(jiǎn)單；主變高壓側(cè)進(jìn)線(xiàn)回路多，布置復(fù)雜，不利于簡(jiǎn)化高壓側(cè)的接線(xiàn)形式；主變臺(tái)數(shù)及主變高壓側(cè)斷路器數(shù)量多，增加主變及110kV設(shè)備布置場(chǎng)地與設(shè)備投資；運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用最高，電能損耗大，綜合與其它方案比總投資多。

綜上所述，方案二技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越，高壓設(shè)備較少，檢修維護(hù)方便，可靠性較高，本階段選定擴(kuò)大單元接線(xiàn)。

電站的發(fā)電機(jī)電壓側(cè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較情況詳見(jiàn)表1。

表1 發(fā)電機(jī)電壓接線(xiàn)方案比較

通過(guò)表中分析，得出方案三投資最多，方案三使昂貴的110kV高壓斷路器倍增，也增加了升高電壓接線(xiàn)的復(fù)雜性。

從選擇設(shè)備的角度考慮，方案一增大母線(xiàn)的斷路容量。發(fā)電機(jī)電壓母線(xiàn)元件過(guò)多，也使方案一的可靠性有所降低。

綜合比較，結(jié)合本電站的裝機(jī)容量及單機(jī)功率，發(fā)電機(jī)電壓母線(xiàn)決定采用方案二。

2.3 水電站升高電壓接線(xiàn)選擇

在進(jìn)行水電站升高電壓的接線(xiàn)比較前，先確定110kV出線(xiàn)主要電氣設(shè)備。110kV配電裝置給出三個(gè)方案，即水電站升壓側(cè)主設(shè)備用GIS全封閉組合電器（戶(hù)內(nèi)設(shè)備）、GIS全封閉組合電器（戶(hù)外設(shè)備）、瓷柱式戶(hù)外高壓六氟硫等設(shè)備。

通過(guò)方案比較，GIS全封閉組合電器戶(hù)內(nèi)布置，占地面積小，抗暴風(fēng)雪、抗污濁、抗震好運(yùn)行維護(hù)方便。因此，初選采用GIS全封閉組合電器，共七個(gè)間隔，包括110kV母線(xiàn)電壓互感器間隔。110kV配電裝置方案詳見(jiàn)表2。

110kV電氣設(shè)備采用GIS全封閉組合電器，在此基礎(chǔ)上GIS配電裝置選擇雙母線(xiàn)接線(xiàn)、單母線(xiàn)接線(xiàn)和單母線(xiàn)分段接線(xiàn)進(jìn)行三種方案分析比較。

方案一：雙母線(xiàn)接線(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)：每一進(jìn)出線(xiàn)各自接一組斷路器，互不影響。一組母線(xiàn)及所連設(shè)備故障，不影響另一組母線(xiàn)供電，將故障母線(xiàn)所連接回路切換到另一組母線(xiàn)后即可恢復(fù)供電，運(yùn)行靈活可靠。缺點(diǎn)：增加母線(xiàn)，相應(yīng)增大布置面積，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高，電能損耗大，與其它方案比總投資多。

表2 110kV 配電裝置電氣主設(shè)備方案比較表

方案二：?jiǎn)文妇€(xiàn)接線(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)：接線(xiàn)簡(jiǎn)單、清晰、設(shè)備較少、操作方便、投資省。缺點(diǎn)：不夠靈活，母線(xiàn)或母線(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)故障或檢修時(shí)，均可造成整個(gè)配電裝置停電。

方案三：?jiǎn)文妇€(xiàn)分段接線(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)：升高電壓側(cè)采用單母接線(xiàn)，簡(jiǎn)明清晰，繼電保護(hù)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：斷路器檢修，110kV回路需停電。母線(xiàn)或與母線(xiàn)聯(lián)接設(shè)備檢修，短時(shí)全廠停電，分段后一臺(tái)主變運(yùn)行。

綜合比較分析，認(rèn)為方案三單母線(xiàn)分段接線(xiàn)，簡(jiǎn)單清晰，運(yùn)行靈活，可靠性亦較好，且占地面積較小，造價(jià)較低，初選此方案。

電站的升高電壓側(cè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較情況，升高電壓接線(xiàn)比較詳見(jiàn)表3。

表3 升高電壓側(cè)接線(xiàn)方案比較表

綜合比較，認(rèn)為方案三單母線(xiàn)接線(xiàn)，簡(jiǎn)單清晰，運(yùn)行靈活，可靠性亦較好，且占地面積小，造價(jià)低，決定選用。

由于本電站調(diào)峰運(yùn)行，每天有近一半時(shí)間可用于停電維護(hù)修理，設(shè)備經(jīng)常處于良好狀態(tài)，使故障機(jī)率降至最低。斷路器的大修可利用枯水季節(jié)進(jìn)行。

3 水電站電氣主接線(xiàn)的確定

根據(jù)上節(jié)對(duì)水電站發(fā)電機(jī)電壓接線(xiàn)和升高電壓接線(xiàn)的論證分析：

肯斯瓦特水電站最終電氣設(shè)計(jì)規(guī)模為：電站共4臺(tái)機(jī)組，總?cè)萘繛椋?×10+3×30）MW，發(fā)電機(jī)出口電壓10.5kV，主變壓器容量（1×50+1×75）MVA，電壓為121/10.5kV。#1機(jī)組、#2機(jī)組與主變壓器接成擴(kuò)大單元接線(xiàn)，#3機(jī)組、#4機(jī)組與主變壓也接成擴(kuò)大單元接線(xiàn)，110kV側(cè)四回出線(xiàn)與兩臺(tái)主變壓器接成單母線(xiàn)分段接線(xiàn)。電站廠用變分別取自二個(gè)擴(kuò)大單元，廠用變?nèi)萘扛鳛?000kVA，電壓為10.5/0.4kV。

水電站主要電氣設(shè)備選擇及價(jià)格估算詳見(jiàn)表4。

序號(hào) 名 稱(chēng) 型號(hào)和主要技術(shù)參數(shù) 單位 數(shù)量單 價(jià)(萬(wàn)元)估算價(jià)格(萬(wàn)元) 備 注2.11 10kV高壓開(kāi)關(guān)柜2.12 10kV高壓開(kāi)關(guān)柜2.13 10kV高壓開(kāi)關(guān)柜2.14 10kV高壓開(kāi)關(guān)柜2.15 廠用變壓器柜KYN18-12-50型，1#發(fā)電機(jī)電壓互感柜：TV與主機(jī)成套；RN2-10，0.5A。KYN18-12-50（改）型，1#發(fā)電機(jī)電壓互感柜：JDZXF14-10，(10／√3)／(0.1／√3)／(0.1／√3)／0.1kV；0.2/0.5/6P級(jí)；LZZBJ9-10C3Q，1000/5A；RN2-10，0.5A。KYN18-12-50型，2#、3#、4#發(fā)電機(jī)電壓互感柜：TV與主機(jī)成套；RN2-10，0.5A KYN18-12-50（改）型，2#、3#、4#發(fā)電機(jī)電壓互感柜：JDZXF14-10，(10／√3)／(0.1／√3)／(0.1／√3)／0.1kV；LZZBJ9-10C3Q，2500/5A；RN2-10，0.5A XGN2-10型（特制），干式變壓器：容量1000kVA，10.5±2×2.5%/0.4，Ud=4.5%，Dy n11。面 1 6 6 設(shè)備廠家成套特制面 1 6 6 設(shè)備廠家成套特制面 3 6 18 設(shè)備廠家成套特制面 3 6 18 設(shè)備廠家成套特制臺(tái) 2 20 40 設(shè)備廠家成套特制二 電氣二次設(shè)備1 微機(jī)綜合自動(dòng)化計(jì)算機(jī)套 1 230 230 成套自動(dòng)化2 微機(jī)五防模擬系統(tǒng)模擬屏：燈開(kāi)關(guān)觸摸瑪賽克；弧形，寬：6.4米 高：2.4米，厚0.5米；配套計(jì)算機(jī)和軟件系統(tǒng)及標(biāo)配。套 1 20 20 廠家成套三 發(fā)電機(jī)組部分1 發(fā)電機(jī)組部分 SF10-14/2350型，10MW，10.5kV，COSФ=0.85。臺(tái)1660660水輪發(fā)電機(jī)組2 發(fā)電機(jī)組部分 SF10-22/5000型，30MW，10.5kV，COSФ=0.85。臺(tái)316805040水輪發(fā)電機(jī)組

4 結(jié) 論

總之，在水電站電氣主接線(xiàn)在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于新建、創(chuàng)新的項(xiàng)目應(yīng)多參觀、考察、總結(jié)，應(yīng)該進(jìn)行多方案技術(shù)、經(jīng)濟(jì)論證比較，應(yīng)該多開(kāi)方案討論會(huì)，多聽(tīng)取合理化意見(jiàn)，要以現(xiàn)有的電氣基礎(chǔ)資料為依據(jù)，實(shí)事求是、認(rèn)真的、細(xì)致的進(jìn)行設(shè)計(jì)。

兵團(tuán)農(nóng)八師石河子肯斯瓦特水利樞紐工程的建成，將實(shí)現(xiàn)瑪納斯河水資源的優(yōu)化配置，可使已建的平原水庫(kù)和引水、輸水工程充分發(fā)揮工程效益，對(duì)已建的平原水庫(kù)進(jìn)行反調(diào)，使山區(qū)水庫(kù)發(fā)揮更大的防洪、灌溉、發(fā)電等綜合效益。水電站的建成將為兵團(tuán)石河子墾區(qū)的電力事業(yè)發(fā)展，發(fā)揮巨大作用。

［1］《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第一冊(cè)). 水利電力部西北電力院, 2009.

［2］《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》. 水利出版社,1982.