(湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 長沙 410131)

電力排灌站接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

何榮鋒

(湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 長沙 410131)

本文結(jié)合工程實(shí)例，分析總結(jié)了6種不同類型電力排灌站的主接線方案，研究其最佳接入系統(tǒng)方法，定性分析了方案的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計(jì)了6種不同類型電排站接入系統(tǒng)，提供了一個(gè)設(shè)計(jì)典范，并確定了其適應(yīng)范圍。

電排站；接入系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

電力排灌站接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本目的是使電排站建成后，能保證電網(wǎng)可靠、安全供電，充分發(fā)揮電排站效益，并為電排站電氣設(shè)計(jì)提供依據(jù)。接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)與電排站的土建、水工、動(dòng)能及地方電網(wǎng)等有密切關(guān)系。電排站接入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)泵站的特點(diǎn)，以及該泵站的重要性和供電電網(wǎng)的運(yùn)行情況來進(jìn)行[2]。要正確處理各方面的關(guān)系，解決好各種技術(shù)問題，合理確定接入方案。

1 農(nóng)村電力網(wǎng)現(xiàn)狀及存在的問題

我國目前有各類固定式排灌泵站接近50萬座，其中大中型泵站4895座，其余大部分為小型泵站。這些提水排灌設(shè)施在防洪抗旱、減少自然災(zāi)害、解決某些地區(qū)生產(chǎn)生活用水方面發(fā)揮了極其重要的作用。但我國水利泵站往往建設(shè)較早，使用時(shí)間較長，不同程度上存在著設(shè)備陳舊老化、綜合自動(dòng)化程度低，接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)不規(guī)范，可靠性不高；電機(jī)啟動(dòng)特性較差，對(duì)電網(wǎng)沖擊較大，致使不少泵站工程長期處于低效工況下運(yùn)行，不能滿足防汛調(diào)度的緊急需要和現(xiàn)代信息發(fā)展的要求。因此，合理規(guī)范電排站接入系統(tǒng)，有效提高排漬效率，具有重要的理論和工程意義。

農(nóng)村電氣化事業(yè)開始于20世紀(jì)60年代，全國農(nóng)村用電量在1978年達(dá)到了510億kW·h，一些地區(qū)開始形成以35(63)kV為骨干的農(nóng)村電力網(wǎng)架。80年代開始推進(jìn)新農(nóng)村電氣化建設(shè)，加快實(shí)施“新農(nóng)村、新電力、新服務(wù)”農(nóng)電發(fā)展戰(zhàn)略，優(yōu)化低壓電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高供電可靠性，確定適宜的供電模式，逐步實(shí)現(xiàn)以110kV電壓等級(jí)為中心樞紐，以35kV為骨干網(wǎng)架，10kV和380(220)V網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)匹配的農(nóng)村電網(wǎng)。

2 電力排灌站接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

電力排灌站接入系統(tǒng)是由高壓電器設(shè)備通過連接線組成的接收和分配電能的電路，也稱為一次接線，它反映各設(shè)備的作用、連接方式和各回路間的相互關(guān)系，從而構(gòu)成電排站接入系統(tǒng)電氣部分的主體。電排站接入系統(tǒng)各有不同特點(diǎn)，在電氣主接線方案中要在確保供電可靠性的前提下，操作簡單，配電裝置布置合理，使工程造價(jià)最低[1]。一般排灌站一年之內(nèi)有排灌任務(wù)的時(shí)間不長，在非排灌季節(jié)有充分的時(shí)間進(jìn)行檢修，故在運(yùn)行時(shí)停電檢修的機(jī)會(huì)比較少。如果排灌站在運(yùn)行時(shí)短時(shí)停電對(duì)排灌影響不大，主接線就可以盡可能簡單，當(dāng)然也要有一定的可靠性。如果短時(shí)停電對(duì)排灌工作影響很大，則主接線的供電可靠性就要求較高，如變壓器高壓側(cè)采用六氟化硫斷路器進(jìn)行控制和保護(hù)，變壓器的臺(tái)數(shù)可以考慮2臺(tái)以上及母線分段的接線方式。接入系統(tǒng)須滿足以下基本要求：

a.保證必要的供電可靠性和電能質(zhì)量。安全可靠是電排站運(yùn)行的首要任務(wù)，停電不僅對(duì)排漬區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)造成損失，而且給國民經(jīng)濟(jì)各部門帶來嚴(yán)重影響。因此，接入系統(tǒng)形式必須保證供電可靠。電壓、頻率和供電連續(xù)可靠，是表征電能質(zhì)量的基本指標(biāo)[4]，主接線應(yīng)在各種運(yùn)行方式下都能滿足這方面的要求。

在主接線可靠性評(píng)估中，評(píng)估過程一般由三個(gè)步驟組成:狀態(tài)選擇、狀態(tài)估計(jì)和計(jì)算指標(biāo)[5]。在設(shè)計(jì)階段，主接線可靠性評(píng)估的主要工作是通過采集的設(shè)備可靠性參數(shù)，評(píng)估不同備選主接線方案的可靠性水平，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)性評(píng)估指標(biāo)，綜合選擇最優(yōu)方案。

b.具有一定的靈活性和方便性。主接線不僅正常運(yùn)行時(shí)能安全可靠地供電，而且在系統(tǒng)故障或設(shè)備檢修及故障時(shí)，也能適應(yīng)調(diào)度的要求，并能靈活、簡便、迅速地倒換運(yùn)行方式，使停電時(shí)間最短，影響范圍最小。

c.具有經(jīng)濟(jì)性。接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足供電可靠的基礎(chǔ)上，盡量使設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用最少，注意節(jié)約占地面積和搬遷費(fèi)用，在可能和允許條件下應(yīng)一次設(shè)計(jì)，分期投資、投產(chǎn)，盡快發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。

d.具有發(fā)展和擴(kuò)建的可能性。設(shè)計(jì)主接線時(shí)應(yīng)留有余地，不僅要考慮最終接線的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還要兼顧到分期過渡接線的可能和施工的方便。

3 大中型電排站接入系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)

一般大中型電排站只裝1～2臺(tái)主變壓器，35kV側(cè)多為單回路進(jìn)線，主變壓器高壓側(cè)在技術(shù)條件許可時(shí)不裝斷路器，6～10kV側(cè)一般采用單母線。當(dāng)變電所內(nèi)有2臺(tái)主變壓器時(shí)，可以并接在一起，若不能并列運(yùn)行時(shí)可采用單獨(dú)供電方式或用隔離開關(guān)分段的接線方式[1]。大中型電排站電氣主接線可歸納為以下三種接線方案，圖中電流互感器沒有全部畫出，設(shè)計(jì)時(shí)按保護(hù)和測量的要求予以考慮。

a.方案一：接線方式見圖1。35kV側(cè)不裝設(shè)斷路器，只裝跌落式熔斷器(如RW5-35型)和隔離開關(guān)(如GW5-35型)。6～10kV側(cè)出線裝真空開關(guān)(如ZN8-10型),6～10kV側(cè)采用成套開關(guān)柜(如KYN18C-12型)。此方案用在較重要的“T”形線路上，因須建設(shè)配電窒，開關(guān)設(shè)備價(jià)格較高，因此投資較大，但運(yùn)行較方便，可靠性較高，適用于用電負(fù)荷較大和回路較多的2500～4000kV·A的電排站，或用于裝設(shè)高壓電機(jī)的電排站的專用變電所。如變壓器離配電室較近，6kV母線沒有架空引出線，6kV母線可以不設(shè)避雷器。如果屬于電排站的專用變電所，6kV側(cè)高壓開關(guān)柜可裝于機(jī)房內(nèi)，變電所為露天布置。

圖1 大中型電排站接入系統(tǒng)方案一

圖2 大中型電排站接入系統(tǒng)方案二

b.方案二：接線方式見圖2。35kV側(cè)裝六氟化硫斷路器，6～10kV側(cè)裝真空開關(guān)，總進(jìn)線裝DW4-10型，配出線裝DW5-10G型(或裝負(fù)荷開關(guān))和跌落式熔斷器。此方案因35kV六氟化硫斷路器價(jià)格較高，放投資多，但運(yùn)行較可靠，適用于較重要的2500～4000kV安的農(nóng)村電力排灌站。35kV另一路出線也裝斷路器，進(jìn)行控制和保護(hù)。

c.方案三：接線方式見圖3。變壓器經(jīng)過斷路器和隔離開關(guān)接至35kV電網(wǎng)，二次側(cè)經(jīng)隔離開關(guān)接至母線。這種接線的優(yōu)點(diǎn)是由于裝置了斷路器，可以利用繼電保護(hù)器使變壓器在短路、過載和內(nèi)部故障時(shí)得到可靠的保護(hù)，此方案適用于較大容量的變壓器。其主要缺點(diǎn)是基建投資大，選擇電器和載流部分時(shí)，必須驗(yàn)算電動(dòng)穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度，可用于裝設(shè)高壓電動(dòng)機(jī)的電排站的專用降壓變電所。

圖3 大中型電排站接入系統(tǒng)方案三

三種方案主接線的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性及適應(yīng)范圍定性分析比較見表1。

表1 大中型電排站三種主接線方案比較

4 大中型電排站接入系統(tǒng)實(shí)例

湖南益陽市小河口電排站建設(shè)于20世紀(jì)70年代，原設(shè)計(jì)的電氣主接線方案可靠性較低, 選用的機(jī)電設(shè)備現(xiàn)已老化,能耗高，技術(shù)落后，自動(dòng)化程度低；變壓器使用年限長，絕緣老化，漏油嚴(yán)重,能耗高；防雷設(shè)施銹蝕嚴(yán)重，存在嚴(yán)重的安全隱患。根據(jù)泵站的工程現(xiàn)狀和設(shè)備完好情況，在《湖南省大型泵站更新改造十一五規(guī)劃報(bào)告》和《湖南省大型排澇泵站更新改造規(guī)劃報(bào)告》中，列入進(jìn)行更新改造項(xiàng)目。小河口電排站淘汰原有4臺(tái)單機(jī)容量為800kW的老電機(jī)，新裝設(shè)四臺(tái)單機(jī)容量為1000kW、額定電壓為10kV的潛水電機(jī)。

小河口電排站電氣接入系統(tǒng)見圖4。該泵站裝設(shè)S11-6300/35主變壓器一臺(tái)，站用變壓器接于35kV母線上；10kV低壓側(cè)采用單母線接線，10kV并聯(lián)電容器柜接在10kV電壓母線上集中自動(dòng)補(bǔ)償，每臺(tái)電機(jī)設(shè)置一臺(tái)RYZQ高壓干式軟啟動(dòng)裝置。

圖4 小河口電排站電氣接入系統(tǒng)

5 小型電排站接入系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)

小型電排站的電壓一般為35/0.4kV、10/0.4kV，電排與電網(wǎng)的連接一般采用樹枝形“T”接，一回路電源進(jìn)線[3]。變電所一般為露天布置，而電動(dòng)機(jī)的配電裝置(6kV或0.38kV)放在機(jī)房內(nèi)。小型電排站變電所應(yīng)盡可能地靠近廠房，便于統(tǒng)一管理。站用電和近區(qū)用電可以通過站(所)用變壓器供電，若近區(qū)用電較多，為了避免近區(qū)用電事故影響站用電，也可以另設(shè)近區(qū)用電變壓器。

a.方案一：接線方式見圖5。電排站降壓變電所設(shè)計(jì)2臺(tái)主變壓器，每臺(tái)變壓器一次側(cè)各裝一組跌落式熔斷器，經(jīng)高壓母線與電網(wǎng)相連接。低壓母線用閘刀開關(guān)分段，而各自經(jīng)閘刀開關(guān)、自動(dòng)空氣開關(guān)分別與變壓器二次側(cè)相接。另外，低壓母線分段后，2臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行時(shí)，采用分列運(yùn)行，以減少故障時(shí)短路電流。該接線的主要優(yōu)點(diǎn)是：?接線簡單，維護(hù)方便，投資節(jié)?。?用熔斷保護(hù)的電路不要驗(yàn)算電動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定度。缺點(diǎn)是：?熔斷器過載保護(hù)特性較差，更換熔斷器時(shí)停電時(shí)間較長；?利用隔離開關(guān)或熔斷器切斷變壓器空載電流受到變壓器容量的限制，若變壓器高壓側(cè)電壓為10kV，則變壓器容量一般不能大于1250kV·A，若變壓器高壓側(cè)電壓為35kV，則變壓器容量一般不能大于4000kV·A。

圖5 小型電排站接入系統(tǒng)方案一

b.方案二：接線方式見圖6。變壓器經(jīng)過跌落式熔斷器和隔離開關(guān)與電網(wǎng)相連接，隔離開關(guān)除作為檢修隔離電源之用外，還用來接通和斷開空載變壓器。也有的變電所不裝隔離開關(guān)，用跌落式熔斷器兼作

接通和斷開空載變壓器和檢修變壓器時(shí)隔離電源之用。變壓器二次側(cè)經(jīng)自動(dòng)空氣開關(guān)和閘刀開關(guān)與低壓母線相接。如果變壓器高壓側(cè)開關(guān)拉開時(shí)，低壓側(cè)無其他電源，則不必裝檢修用的閘刀開關(guān)。

圖6 小型電排站接入系統(tǒng)方案二

c.方案三：接線方式見圖7。變壓器二次側(cè)電壓為380V，二次側(cè)的隔離開關(guān)改裝閘刀開關(guān)。如果變壓器高壓側(cè)開關(guān)拉開時(shí)，低壓側(cè)無其他電源，則不必裝閘刀開關(guān)。

圖7 小型電排站接入系統(tǒng)方案三

三種方案主接線的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性及適應(yīng)范圍定性分析比較見表2。

表2 小型電排站三種主接線方案比較

6 小型電排站接入系統(tǒng)實(shí)例

湖南常德青龍窖泵站電氣接入系統(tǒng)見圖8。該泵站設(shè)置S11-500/10主變壓器一臺(tái)，站用變壓器接于10kV母線上；機(jī)房低壓母線采用單母線接線，無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置接在機(jī)房電壓母線上。此主接線供電可靠、操作檢修方便、節(jié)約投資。

圖8 青龍窖泵站電氣接入系統(tǒng)

7 結(jié) 語

電排站接入系統(tǒng)方案在確保供電可靠性的前提下，應(yīng)操作簡單，配電裝置布置合理，使工程造價(jià)最低。所有電排站的主接線方案可歸納為6種不同類型，根據(jù)各自特點(diǎn)有各自適應(yīng)范圍,6種不同類型主接線的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性同樣各有特點(diǎn)。實(shí)踐中可根據(jù)具體情況選用不同類型的主接線形式。

[1]周祖紅.中小型電排站電氣設(shè)計(jì)及設(shè)備選型[J].中國農(nóng)村水利水電，2003(2).

[2]西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2009:183-195.

[3]李斌.小型水電站接入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D].上海:2004.12.

[4]付明遠(yuǎn).中小型電站電氣主接線可靠性分析[J].動(dòng)力與電氣工程, 2010(14).

[5]Endrenyi J .Three-State Models in Power System Reliability Evaluations.IEEE Transactions on Power Apparatus and System.1971.Vol.PAS-90:1909-1916,No.2,May 2000.

DesignMethodofPowerIrrigationStationAccessSystem

HE Rong-feng

(HunanWaterConservancyandHydropowerTechnicalCollege,Changsha410131,China)

Engineering examples are combined in the paper for analyzing and summarizing main wiring program of six different types of power irrigation stations.The best access system method is studied.The reliability, flexibility and economy of the program are qualitatively analyzed.Six different types of power irrigation stations are designed, a design model is provided, and its application scope is determined.

power irrigation station; access systems; design

TM926

A

1673-8241(2014)1-0056-06