大顶子山航电枢纽工程电气主接线方案比较

杨城回，陶晓磊，吴宝栋

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

大顶子山航电枢纽工程电气主接线方案比较

杨城回，陶晓磊，吴宝栋

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

根据电站装机规模及双回66 kV电压接入电力系统的条件，经过综合技术经济比较，最后确定技术上可行，经济上合理的主接线方案。发电机变压器组合采用发电机主变压器组成三机—变扩大单元接线，从两段发电机电压母线上各取一回厂用电电源；66kV侧采用变压器—线路组（带备用断路器）接线。

电气主接线；方案选择；航电枢纽

1 引言

大顶子山航电枢纽工程位于松花江干流哈尔滨下游46 km处，是一座以航运、发电和改善哈尔滨水环境为主，同时具有交通、水产养殖和旅游等综合利用功能的低水头航电枢纽工程。枢纽工程由船闸、泄洪闸及混凝土过渡坝段、河床式水电站、土坝及坝上公路等组成，多年平均发电量3.532×108kW·h，年利用小时数为 4 870 h，水库为径流无调节水库。

根据接入系统资料，该工程电站以双回66 kV线路接入巴彦变电所，线路亘长24.5 km，导线截面为LGJQ-240。

2 电气主接线方案选择

2.1 电气主接线的设计原则

该电站装机6台，单机容量11 MW，总装机容量66 MW，电站在电力系统中担负基荷。由于该电站装机台数多，因而电气主接线设计在考虑到较高可靠性的前提下，还应兼顾运行灵活性及投资合理性。

根据电站装机台数、单机容量和在系统中的地位和作用，按下列原则拟定电气主接线方案：

1）满足电力系统和用户对供电可靠性和电能质量的要求。该电站容量较小，在电力系统中地位较低。因此，应考虑在重复故障或检修与故障重叠的情况下，尽量较少被切除设备数量，尽可能避免全厂停电，具有较高的可靠性，满足电力生产和分配要求。

2）接线简单、清晰、操作维护方便。该电站机组容量较小，台数较多，应尽量简化接线，减少电压等级数和进出线回路数，力求设备切换所需操作步数最少，以减少可能因误操作造成事故，并且简化接线对自动化操作也十分有利。

3）接线应具有一定的灵活性。主接线应满足在调度时，可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修方式以及特殊运行方式下地系统调度要求。检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电[2]。

4）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[1]。由于本电站枢纽建筑物较多，初期发电时，一些建筑物还未形成，在设计时考虑了一些保证初期发电临时措施（如设置临时电缆道），便于分期实现最终规模。

5）技术先进，经济合理。新型电气设备的不断发展以及自动化程度的不断提高，都有利于提高电力生产的可靠性，应尽量采用成熟的先进技术和设备，在满足可靠、灵活性要求的前提下做到经济合理。

2.2 发电机与变压器组合方式

根据上述主接线设计原则，拟出2个机—变组合方案，即：

方案1：发电机与主变压器组成三机—变扩大单元接线，全厂共2组机变扩大单元。

方案2：发电机与主变压器组成二机—变扩大单元接线，全厂共3组机变扩大单元。两个方案的接线简图见图1。

上述两个方案中：

方案1：优点是接线的安全可靠性能满足系统的要求；接线简单，运行维护灵活；投资少，设备数量少，布置简单。可从两段发电机电压母线上各取一回厂用电电源，任意1台机组停电不影响厂用电源供电；继电保护简单。缺点是当主变压器或其回路设备故障或检修时，电站1/2容量不能送出。

方案2：优点是供电可靠性高；运行方式灵活，维修方便；缺点是66 kV高压侧较方案1多1个进线间隔，布置复杂，设备投资及年运行费用比方案1高。可从三段发电机电压母线上取两回厂用电电源。缺点是当主变压器或其回路设备故障或检修时，电站1/3容量不能送出。

另外，根据设计投资估算，方案1主要电气设备投资为425万元，方案2主要电气设备投资为497万元，方案1较为经济，其设备投资，年折旧费，电能损失费均为最低。

两个方案比较，方案1和方案2在技术上的主要差别是当主变压器故障时，方案1将切除3台机组，而方案2将切除2台机组，看似方案1比方案2故障时多切1台机，但由于机组容量很小，装机台数较多，且变压器的故障几率甚少，因此，其切机损失增加很小。另外，电站虽为两回出线，但由于两回线路至同一地点且线路输送容量受到限制，一回线路正常情况下只能送出电站约1/2容量（极限情况可送5台机容量），因此，方案2的优点并不明显。

综上所述，由于该电站装机容量在系统中所占比重很小，所以在满足适当的可靠性、安全、运行灵活、检修方便、接线简单等要求的前提下，从经济合理的角度出发，方案1技术上可行，经济指标优越，可作为选定方案，即发电机与主变压器采用三机一变扩大单元接线，厂用电电源从两段发电机电压母线上各取一回。

2.3 66 kV侧接线方案

2.3.1 变压器选择

根据系统对机组、主变的要求及电气主接线，为保证电站安全、可靠、灵活运行，该电站采用2台三相双线圈自然油循环风冷变压器，高压侧电压为66 kV，容量为40 MVA。

2.3.2 66 kV侧方案比较

根据主接线设计原则，接入系统资料及选定的机—变组合方案，在两回进线两回出线的条件下，并考虑电站的运行特性和在系统中的作用等因素，拟出3个接线方案，即：

方案1：单母线接线。

方案2：内桥形接线。

方案3：变压器—线路组（带备用断路器）接线。

3个方案的接线简图，见图2。

上述3个方案中：

方案1：优点是具有接线清晰、规范，运行维护方便。缺点是母线及母线所连设备元件故障或检修，影响全厂功率送出，任1台断路器故障均导致全厂短时停电。任一进出线回路设备检修将影响全厂1/2容量送出。接线的可靠性不高，由于该电站共两回66 kV出线，每回线路正常情况下只能输送电站约1/2容量，极限情况可送5台机容量，但此时的电压质量很低，电能损失很大，且这种运行工况出现的几率很少。

方案2：优点是具有接线清晰、规范，运行维护方便，并且此方案比方案1少1个断路器间隔，无母线，设备投资及年运行费较低，元件较少，布置相对简单，占地面积小。缺点是当出线断路器故障或检修，只短时影响电站1/2功率送出，桥连断路器故障，短时影响电站全部功率送出。接线可靠性也不高，由于该电站共两回66 kV出线，每回线路正常情况下只能输送电站约1/2容量，极限情况可送5台机容量，且该电站又无穿越功率，因此，“桥”的特点已失去意义，且运行的可靠性也不高，继电保护复杂，故此方案亦不可取。

方案3：优点是接线简单、清晰，运行可靠、灵活。比方案1少1个断路器间隔，设备投资和年运行费最低。正常时按变压器线路组接线运行，当任一变压器线路组回路的断路器故障，将短时影响电站1/2容量不能送出，但通过倒闸操作，投入备用断路器可迅速恢复运行。任一台断路器检修，均可通过投入备用断路器替代而不影响电站的连续运行，可靠性高且继电保护简单。在极限情况下也能实现一回线路送电站5台机容量。缺点是备用断路器间隔的隔离开关数量较多，倒闸操作略显复杂。但对于年利用小时数接近5 000 h的重要航电枢纽工程，为提高电站主接线运行的可靠性而设置一组备用断路器间隔也是非常必要的。

另外，根据设计投资估算，方案1主要电气设备投资为410万元，方案2主要电气设备投资为356万元，方案3主要电气设备投资为339万元，方案3较为经济，其设备投资、年折旧维护费均为最低。

综上比较，方案三具有明显的技术经济合理性和针对性，是该电站的理想接线，故选定方案3为电站66 kV侧接线方案，即变压器—线路组（带备用断路器）接线。

3 结语

1）发电机变压器组合方式经过种种优缺点的比较，本着经济合理，技术先进原则，推荐方案1。采用发电机主变压器组成三机—变扩大单元接线，从两段发电机电压母线上各取一回厂用电电源。

2）66 kV侧接线：综合该电站具体情况及技术经济比较，由于采用故障率极低的GIS方案，使得单母线接线、内桥接线与变压器－线路组（带备用断路器）接线的可比性大大增强，本着技术设备先进可靠，经济合理的原则推荐方案3。采用变压器—线路组（带备用断路器）接线。

［1］水电站机电设计手册（电气一次）［M］.北京：水利电力出版社，1982.

［2］电力工程电气设计手册（电气一次部分）［M］.北京：中国电力出版社，1987.

Comparison of electric main wiring scheme for Dadingzishan navigation power junction

YANG Cheng-hui,TAO Xiao-lei,WU Bao-dong

Based on the installed capacity of hydroelectric power station and the condition of the double circuit transmission of 66kV voltage to connect power system,the paper puts forward the main wiring scheme with viable technology and reasonable economy through the comparison of technology and economy.The scheme is that taking combination of generator and main transformer as three generators and one transformer to expand unit connection,power supply from two voltage buses of generator separately to plant,transformer-line block(back-up circuit breaker)at the side of 66kV.

electric main wiring;scheme selection;navigation power junction

TV734.3

B

1002－0624（2011）06－0004－03

2011-01-14