水利樞紐廠用電系統分析

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摘要:蘇阿皮蒂水利樞紐位于幾內亞Konkoure河流域,總裝機容量450MW,工程規模大(1)型,工程等別1等,被譽為西非“三峽”工程,在西非電力系統中有重要作用和地位,蘇阿皮蒂水利樞紐范圍大,負荷分布廣,廠用電源具有高可靠性、靈活性和穩定性,本文對蘇阿皮蒂水利樞紐廠用電系統設計主要特點進行介紹。

關鍵詞:廠用電系統;西非“三峽”;設計

1項目背景

蘇阿皮蒂水利樞紐位于幾內亞Konkoure河流域,總庫容63.17億m3。水電站布置壩后地面廠房,安裝4臺112.5MW水輪發電機組,電站總裝機容量450MW,年利用小時數4500h,多年平均發電量約2016GWh,主體工程于2016年開工,首臺機組已于2020年11月投產發電。蘇阿皮蒂水利樞紐裝機容量大,是要將電能輸送至幾內亞首都科納克里市,供工業和民用發展。根據目前規劃的西非環網,將來可將多余電力經過環網輸送至其他國家,是西非電力的穩定和重要來源。蘇阿皮提水利樞紐是一座以發電為主,兼有防洪等綜合效益的大型水電站,其廠用電系統設計從廠用電源、接線方式、布置等方面綜合考慮,保證廠用電系統能夠可靠、穩定運行。

2項目供電范圍及負荷容量

2.1供電范圍

供電范圍主要包括發電廠房用電、壩區設備用電。(1)發電廠房用電:包括電站廠房機組用電、公用設備(油、氣、水等)用電、檢修設備用電、照明用電、電站出線場用電、進水口設備用電、尾水設備用電等。(2)壩區設備用電:包括壩區照明用電、檢修配電箱用電、閘門啟閉機用電等。

2.2負荷容量分析

根據各部位負荷特性,采用綜合系統法分析統計,考慮廠房距離壩頂距離并不是很遠,壓降不是很高,采用大截面電纜輸電至壩頂,不再單設壩用電系統;考慮多回400V備用回路供電。

3廠用電電源與電壓

蘇阿皮蒂屬于大型電站,廠用電源需要高可靠性、穩定性和靈活性,因此,除配置高可靠性工作電源外,還應設置可靠備用電源;蘇阿皮蒂廠用電電壓等級分30kV、15.75kV和0.4kV三種。

3.1廠用電電源

廠用電30kV采用單母線分段接線,2回電源均引自附近凱樂塔225kV變電站,30kV母線為2臺廠用變壓器供電。2臺廠用變壓器互為備用,為全廠用電負荷提供備用電源。廠用電15.75kV采用單元接線,分別取自1#和3#機組段,經2臺廠用變壓器為Ⅰ段、Ⅱ段400V母線充電。廠用電0.4kV公共段采用單母線分段接線,分為Ⅲ段及Ⅳ段及0段母線,Ⅲ段和Ⅳ段之間設分段斷路器。2臺廠用低壓變壓器及1臺柴油發電機組分別接至Ⅰ段、Ⅱ段及0段母線。廠用電0.4kV負荷段采用雙段單母線接線,分為Ⅰ段和Ⅱ段,充電電源分別取1#機組段廠變低壓側、Ⅲ段母線和3#機組段廠變低壓側、Ⅳ段母線。

3.2中性點接地方式

30kV和15.75kV饋電系統電纜并不多,單相接地故障電容電流不大,根據GB/T50064-2014交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范規定,采用中性點不接地方式。

3.3廠用電接線

(1)電站30kV接線電站30kv電源取自附近凱樂塔220kV變電站30kV出線間隔,對應2臺2000kVA高廠變,30kV供電系統分2段母線運行,每段母線連接1臺高廠變,Ⅰ段母線和Ⅱ段母線經高廠變分別為Ⅲ段及Ⅳ段400V母線充電。兩段母線之間設聯絡斷路器,配置備用電源自投聯鎖裝置,在系統正常運行時,只由一個電源供電,備用電源通過備自投裝置投入。(2)電站15.75kV接線電站15.75kV電源取自1#和3#機組段,對應2臺2000kVA高廠變,15.75kV供電系統采用單元接線,廠變低壓側分別接入400V母線Ⅰ段和Ⅱ段。(3)柴油發電機接線電站廠房內設1臺柴油發電機組,柴油發電機容量1000kW,電壓等級400V,直接接入400V母線Ⅲ段。(4)電站400V接線電站400V供電系統分4段母線運行,4段母線分設有3組聯絡斷路器。

3.4廠用電接線運行邏輯

正常情況下由1號機端廠用變帶Ⅰ段400V母線運行,Ⅰ段和Ⅲ段母聯(6DL)閉合;由3號機端廠用變帶Ⅱ段400V母線運行,Ⅱ段和Ⅳ段母聯(7DL)閉合。當檢測到1#機端廠用變1DL進線側電壓消失,Ⅰ段母線電壓消失,且1#機端廠用變2DL進線側有壓;延時跳開1#機端廠用變側進線斷路器1DL,自動合上Ⅲ段與Ⅳ母聯斷路器5DL,由2#機端廠用變帶兩段母線運行;當1#機端廠用變1DL進線側電壓恢復時,自動分斷Ⅲ段與Ⅳ母聯柜5DL,延時合上1#機端廠用變1DL進線斷路器。反之,當檢測到2#機端廠用變2DL進線側電壓消失,Ⅱ段母線電壓消失,且1#機端廠用變1DL進線側有壓;延時跳開2#機端廠用變側進線斷路器2DL,自動合上Ⅲ段與Ⅳ母聯斷路器5DL;由1#機端廠用變帶兩段母線運行;當2#機端廠用變2DL進線側電壓恢復時,自動分斷Ⅲ段與Ⅳ母聯柜5DL,延時合上2#機端廠用變2DL進線斷路器。當Ⅰ段和Ⅱ段母線進線開關1DL和2DL進線側電壓均消失,對應母線電壓也消失,且廠用電3DL或4DL進線側有壓時,延時跳開Ⅰ段和Ⅱ段母線進線開關1DL和2DL,合上Ⅲ段與Ⅳ母聯斷路器5DL,延時合上3DL或4DL斷路器(3DL和4DL不能同時有電,若同時有電默認先合3DL,當3DL不能正常投入時,才合4DL,反之亦然)。當檢測到1#機端廠用變1DL進線側或者2#機端廠用變2DL進線側電壓恢復時,自動跳開3DL或4DL進線斷路器,合上1#機端廠用變或2#機端廠用變的進線斷路器1DL或2DL。當1DL、2DL、3DL、4DL進線側均無壓時,PLC自投合上5DL母聯斷路器后,后臺監控系統閉鎖PLC裝置,手動投入柴油機8DL帶重要負荷。當其中一路市電恢復時,需先將8DL斷路器分斷并由后臺監控系統發送PLC解除閉鎖信號,PLC方可恢復工作。

4廠用變壓器選擇

4.1廠用變壓器

廠用變壓器包括從1#和3#機端引接電源15.75kV高壓廠用變壓器和外部凱樂塔變電站的2回30kV廠用變壓器,由于高廠變分支回路短路電流較大,分別采用單相無勵磁調壓干式變壓器和三相無勵磁調壓干式變壓器,均采用帶防護外罩環氧樹脂絕緣銅芯變。

4.2廠用變壓器容量

廠用變容量根據用電負荷計算的容量選取,負荷計算容量按照“經常運行負荷”的最大容量計算,根據NB/T35044-2014水力發電廠廠用電設計規程中要求的計算方法,根據不同用電負荷采用不同的系數計算。

5總結

蘇阿皮蒂水利樞紐廠用電系統設計,依據電站自身的特點、當地運行特點及氣候特點等,從接線方式、電源切換、電源點等多個方面保證廠用電系統能夠可靠、穩定和靈活的運行,為水電站穩定安全運行起重要保障。

參考文獻

[1]NB/T35044-2014,水力發電廠廠用電設計規程[S].2014.

[2]GB/T50064-2014,交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范[S].2014.

[3]烏東德水電站廠用電系統設計,朱釗.水電電氣.2019(187).

作者：張文捷 姚帥 單位：黃河勘測規劃設計研究院有限公司