肯斯瓦特水利枢纽水电站电气主接线方案探讨

王卫峰 王新峰

（1. 新疆生产建设兵团勘测规划设计研究院 新疆 乌鲁木齐 830002；2. 新疆生产建设兵团勘测规划设计研究院 新疆 石河子 832000）

1 水电站电气主接线设计时的基本原则及特点

在设计水电站电气主接线时应根据当地实际现状情况，并结合有关规程、规范遵循以下原则进行：首先应满足电力系统对水电站供电稳定性、可靠性要求，即能够不间断地（或可用率很高地）向系统送出合格电能；应综合考虑水电站的水文气象、动能特性、建设规模、接入系统设计、枢纽总体布置、地形和运输条件、环境保护、设备特点等因素；电气主接线应简单、清晰，便于操作维护运行；电气主接线应具有一定的灵活性，适应性；电气主接线设计应便于实现自动化，工程造价经济、合理；满足电站初期发电及最终规模的运行要求，还应考虑便于分期过渡；在可行性研究、初步设计时根据电力系统连接的要求和水电站的装机台数，进行电气主接线方案比较和技术经济分析论证。

水电站电气主接线的特点主要有：水电站不同于火电厂，一般一次建成，不扩建；水电站开机程序比较简单，机组起动迅速，并容易实现自动化；远离负荷中心，无大的近区负荷，用升高电压送电，出线回路少，多为调峰运行，开停机频繁；不同于火电厂和降压变电所，一般不预留出线回路；水电站厂用负荷较小，一般不从高压侧引线，备用厂用电源可引自地区配电网或保留施工变电站来解决；水电站多处于狭小山区，开关站一般不作为分配或中转电能的变电站，电气主接线宜接线简单清晰；在同一河流上的梯级水电站或地理位置相近的几个水电站，电站之间既有电的联系，又有水的联系；水电站电气主接线设计时，应妥善解决近区负荷的供电问题；规模较大的水电站或重要的水库坝后电站，经过论证可设置专用的发电机组作为电站事故保安电源。

2 水电站电气主接线技术、经济论证

肯斯瓦特水利枢纽工程位于新疆维吾尔自治区玛纳斯河上，是兵团最大的水利枢纽工程，是兵团农八师石河子的重点项目，水库坝址位于玛纳斯河干流与支流清水河汇合口以下550m处，距下游已建的玛纳斯河一级电站引水渠首2km。距离石河子市78km，距离乌鲁木齐市228km。

肯斯瓦特水利枢纽是一座以防洪、灌溉为主，兼顾发电的大Ⅱ型水利工程，总库容1.88亿m3，控制灌溉面积316.3万亩，电站装机100MW，年均发电量2.703亿kWh；工程建成后可将下游防护对象的防洪标准从10年一遇提高到50年一遇。

水电站总装机容量（1×10+3×30）MW，最大水头121.67m，最小水头84.33m，额定水头95m。装机容量10MW的机组，单机供水，发电流量11.86m3/s；装机容量30MW的机组，单机供水，发电流量35.18m3/s。电站保证出力为9.0MW，年最大利用小时数2703小时，年发电量2.703亿kWh。

2.1 水电站电气主接线设计时的条件

本电站是坝后式水电站，总装机（1×10+3×30）MW，为中型水电站，其电气主接线设计时应满足以下条件：电站接入系统电压为110kV电压等级，110kV出线要求四回，发电机出口电压为10.5kV；电站作为调峰或基荷运行；按无近区大负荷考虑，发电机电压母线无需直配线；电站建成后运行人员生活区供电和坝区供电有条件解决，不由厂用电提供。

2.2 水电站发电机电压接线选择

本电站装机容量为（1×10＋3×30）MW。根据电站的机组台数及装机容量，机端电压确定为10.5kV。结合水力动能特性，电站发电机侧的接线选择单母线分段接线、扩大单元接线、单元接线三种接线方案进行分析论证。

方案一：单母线断路器分段接线。优点：运行灵活、可靠，母线可分段运行，减少短路电流；任一段母线检修或故障，不影响另一段母线运行；采用断路器分段运行操作方便灵活。缺点：运行维护费用高，电能损耗大，与其它方案比总投资多。

方案二：扩大单元接线。简单、清晰，与单元接线相比，减少了主变压器台数及其相应的高压设备数量，缩小布置场地，节省投资；减少了主变压器高压侧进出线，可简化布置和高压侧接线；主变压器或其对应高压侧设备故障、检修，本单元两台机组容量受阻；运行维护费用低，电能损耗小，与其它方案比总投资少。

方案三：单元接线。机组与主变压器数量相同，对应性好，可靠性最高；继电保护简单；主变高压侧进线回路多，布置复杂，不利于简化高压侧的接线形式；主变台数及主变高压侧断路器数量多，增加主变及110kV设备布置场地与设备投资；运行维护费用最高，电能损耗大，综合与其它方案比总投资多。

综上所述，方案二技术上可行，经济指标优越，高压设备较少，检修维护方便，可靠性较高，本阶段选定扩大单元接线。

电站的发电机电压侧技术经济比较情况详见表1。

表1 发电机电压接线方案比较

通过表中分析，得出方案三投资最多，方案三使昂贵的110kV高压断路器倍增，也增加了升高电压接线的复杂性。

从选择设备的角度考虑，方案一增大母线的断路容量。发电机电压母线元件过多，也使方案一的可靠性有所降低。

综合比较，结合本电站的装机容量及单机功率，发电机电压母线决定采用方案二。

2.3 水电站升高电压接线选择

在进行水电站升高电压的接线比较前，先确定110kV出线主要电气设备。110kV配电装置给出三个方案，即水电站升压侧主设备用GIS全封闭组合电器（户内设备）、GIS全封闭组合电器（户外设备）、瓷柱式户外高压六氟硫等设备。

通过方案比较，GIS全封闭组合电器户内布置，占地面积小，抗暴风雪、抗污浊、抗震好运行维护方便。因此，初选采用GIS全封闭组合电器，共七个间隔，包括110kV母线电压互感器间隔。110kV配电装置方案详见表2。

110kV电气设备采用GIS全封闭组合电器，在此基础上GIS配电装置选择双母线接线、单母线接线和单母线分段接线进行三种方案分析比较。

方案一：双母线接线。优点：每一进出线各自接一组断路器，互不影响。一组母线及所连设备故障，不影响另一组母线供电，将故障母线所连接回路切换到另一组母线后即可恢复供电，运行灵活可靠。缺点：增加母线，相应增大布置面积，运行维护费用高，电能损耗大，与其它方案比总投资多。

表2 110kV 配电装置电气主设备方案比较表

方案二：单母线接线。优点：接线简单、清晰、设备较少、操作方便、投资省。缺点：不够灵活，母线或母线隔离开关故障或检修时，均可造成整个配电装置停电。

方案三：单母线分段接线。优点：升高电压侧采用单母接线，简明清晰，继电保护简单。缺点：断路器检修，110kV回路需停电。母线或与母线联接设备检修，短时全厂停电，分段后一台主变运行。

综合比较分析，认为方案三单母线分段接线，简单清晰，运行灵活，可靠性亦较好，且占地面积较小，造价较低，初选此方案。

电站的升高电压侧技术经济比较情况，升高电压接线比较详见表3。

表3 升高电压侧接线方案比较表

综合比较，认为方案三单母线接线，简单清晰，运行灵活，可靠性亦较好，且占地面积小，造价低，决定选用。

由于本电站调峰运行，每天有近一半时间可用于停电维护修理，设备经常处于良好状态，使故障机率降至最低。断路器的大修可利用枯水季节进行。

3 水电站电气主接线的确定

根据上节对水电站发电机电压接线和升高电压接线的论证分析：

肯斯瓦特水电站最终电气设计规模为：电站共4台机组，总容量为（1×10+3×30）MW，发电机出口电压10.5kV，主变压器容量（1×50+1×75）MVA，电压为121/10.5kV。#1机组、#2机组与主变压器接成扩大单元接线，#3机组、#4机组与主变压也接成扩大单元接线，110kV侧四回出线与两台主变压器接成单母线分段接线。电站厂用变分别取自二个扩大单元，厂用变容量各为1000kVA，电压为10.5/0.4kV。

水电站主要电气设备选择及价格估算详见表4。

序号 名 称 型号和主要技术参数 单位 数量单 价(万元)估算价格(万元) 备 注2.11 10kV高压开关柜2.12 10kV高压开关柜2.13 10kV高压开关柜2.14 10kV高压开关柜2.15 厂用变压器柜KYN18-12-50型，1#发电机电压互感柜：TV与主机成套；RN2-10，0.5A。KYN18-12-50（改）型，1#发电机电压互感柜：JDZXF14-10，(10／√3)／(0.1／√3)／(0.1／√3)／0.1kV；0.2/0.5/6P级；LZZBJ9-10C3Q，1000/5A；RN2-10，0.5A。KYN18-12-50型，2#、3#、4#发电机电压互感柜：TV与主机成套；RN2-10，0.5A KYN18-12-50（改）型，2#、3#、4#发电机电压互感柜：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），干式变压器：容量1000kVA，10.5±2×2.5%/0.4，Ud=4.5%，Dy n11。面 1 6 6 设备厂家成套特制面 1 6 6 设备厂家成套特制面 3 6 18 设备厂家成套特制面 3 6 18 设备厂家成套特制台 2 20 40 设备厂家成套特制二 电气二次设备1 微机综合自动化计算机套 1 230 230 成套自动化2 微机五防模拟系统模拟屏：灯开关触摸玛赛克；弧形，宽：6.4米 高：2.4米，厚0.5米；配套计算机和软件系统及标配。套 1 20 20 厂家成套三 发电机组部分1 发电机组部分 SF10-14/2350型，10MW，10.5kV，COSФ=0.85。台1660660水轮发电机组2 发电机组部分 SF10-22/5000型，30MW，10.5kV，COSФ=0.85。台316805040水轮发电机组

4 结 论

总之，在水电站电气主接线在设计时，对于新建、创新的项目应多参观、考察、总结，应该进行多方案技术、经济论证比较，应该多开方案讨论会，多听取合理化意见，要以现有的电气基础资料为依据，实事求是、认真的、细致的进行设计。

兵团农八师石河子肯斯瓦特水利枢纽工程的建成，将实现玛纳斯河水资源的优化配置，可使已建的平原水库和引水、输水工程充分发挥工程效益，对已建的平原水库进行反调，使山区水库发挥更大的防洪、灌溉、发电等综合效益。水电站的建成将为兵团石河子垦区的电力事业发展，发挥巨大作用。

［1］《电力工程电气设计手册》(第一册). 水利电力部西北电力院, 2009.

［2］《水电站机电设计手册》. 水利出版社,1982.