溪洛渡水电站直流电源系统设计简介

李 伶 尹竞洲

（中国水电顾问集团成都勘测设计院，四川 成都 610072）

0 引言

溪洛渡水电站是以发电为主，兼有拦沙、防洪和改善下游航运等综合效益的巨型水电站。其位于云南省昭通市和四川省凉山州交界的金沙江下游河段，是国家“西电东送”和西部大开发的重点工程。左、右两岸各布置一座地下厂房，各装机9台，单机容量77万k W，是金沙江下游河段梯级开发中的第3级电站，工程规模在国内仅次于三峡电站。电站于2005年12月正式开工，2013年7月首批机组发电，2013年底完成12台机组投运，2014年7月全部机组将建成投产。左岸电站主送国家电网，右岸电站主送南方电网。

1 电站对直流系统提出的要求

作为重要机电设备（如断路器等）的操作、控制及信号电源，直流系统在电站中起着至关重要的作用。溪洛渡水电站装机台数多，单机容量大，在电力系统中地位非常重要，对直流电源系统提出了以下要求：（1）为确保电站各机电设备的安全与系统稳定，要求直流电源系统非常可靠和稳定。（2）电站包括左、右岸地下厂房、进水口、地面集控楼、大坝等枢纽区域，地理范围广且布置相对分散，对直流系统提出了分区域多套设置的要求，以满足各分散布置且相对集中的机电设备对电源的要求。（3）电站按照“无人值班”（少人值守）的原则设计，且位于偏远山区，直流设备的设置和选型应充分考虑自动化程度高、维护少等要求。

2 电站机电设备布置简介

电站主要由大坝、泄洪、引水和发电等建筑物组成，包括左、右岸2个电站，且呈对称布置。需由直流系统供电的机电设备主要布置在以下部位：（1）左、右岸地下厂房。主要由主／副厂房、母线洞、主变室、GIS开关站、出线竖井等组成，分别布置有9台水轮发电机组、9台主变压器及1套500 k V GIS开关设备，每台机组间距约35 m。在副厂房设有地下监控室，布置有监控本岸电站的二次设备。根据地下厂房的土建布置和上述机电设备的布置特点，分别在主厂房端头的安装间下、副厂房及主变室的中间机组段位置，设置有10 k V厂用电的3个电源点。（2）左、右岸进水口。主要建筑物包括9台机组的引水闸室和附近的1个10 k V配电点（厂外配电中心）。（3）坝区枢纽。含大坝坝体和各泄洪闸，机电设备主要包括各泄洪闸门的启闭机系统和相关配套系统。（4）地面集中控制楼。为全厂的集中控制管理区域，设有全厂中控室、计算机室、通信室及各行政管理办公室等，需由直流系统供电的机电设备主要包括大楼10 k V／400 V配电系统、各综合自动化系统装置盘等。

3 直流电源系统的配置

直流电源的配置与机电设备的布置密切相关。根据上述设备的分布特点，为满足电站可靠稳定运行要求，应力求满足以下配置原则：（1）分散设置，相对集中。该方式可缩小直流电源的供电范围，减小电源故障或检修时的波及面，从而有效提高电源系统可靠性。（2）冗余配置。对主要设备的控制、保护电源采用冗余配置，每套电源系统设置双组蓄电池、双组充电机，对重要部位设置3组充电机，以满足大容量、超高压设备的供电需求。（3）由于地下洞室事故照明负荷较重，不考虑由直流系统供电，设置独立的EPS应急电源系统，从而避免了相互干扰，进一步提高了本电站直流系统的可靠性。

根据上述原则，左、右岸电站及集控楼共设置11套直流电源系统，均由许继电源有限公司（下简为许继公司）成套提供，分别为：（1）左（右）岸安装间下部电源系统，共2套，供电对象包括安装间侧公用设备及厂用电系统；1＃～3＃（16＃～18＃）机组操作控制电源，包括机组控制、保护、励磁、调速器，机组辅助设备等。（2）左（右）岸主变室电源系统，共2套，供电对象包括主变室公用设备及厂用电系统；4＃～6＃（13＃～15＃）机组操作控制电源，包括机组控制、保护、励磁、调速器，机组辅助设备等。（3）左（右）岸地下副厂房电源系统，共2套，供电对象包括副厂房公用设备及厂用电系统；7＃～9＃（10＃～12＃）机组操作控制电源，包括机组控制、保护、励磁、调速器，机组辅助设备等。（4）左（右）岸500 k V开关站直流电源系统，共2套，供电对象包括500 k V开关站设备操作、保护及控制电源以及开关站的其他公用设备。（5）左（右）岸进水口直流电源系统，共2套，供电对象包括进水口厂用电、快速闸门及公用设备操作、保护及控制电源等。（6）控制管理楼直流电源系统，共1套，供电对象包括集控楼厂用电及公用设备操作、保护及控制电源。

4 直流系统负荷统计

根据计算，各直流系统负荷统计如下（单套）：安装间和主变室电源系统的经常负荷均为135 A，事故负荷均为176 A；副厂房系统稍大，经常负荷和事故负荷分别为196 A和237 A；开关站系统则分别为64 A和104 A；进水口和集控楼负荷较小，分别为41 A／41 A和18 A／18 A。

5 直流设备选择

5.1 充电装置的选择

溪洛渡水电站充电装置选用许继公司自行生产的高频开关整流模块（ZZG23-40 A或20 A），并采用N＋1方式并联配置。由于电站重要负荷多，除进水口和集控楼采用冗余配置外，其他系统的高频开关模块均采用三重配置。当一组高频开关模块故障时，可用第3组（或另一组）高频开关模块带这段故障母线。

根据计算的充电电流，各套充电装置配置如下：安装间、主变室、副厂房和开关站均配置3套充电装置，每套均按N＋1方式配置，分别配有6×40 A、6×40 A、8×40 A和4×40 A的充电模块；进水口和集控楼由于负荷较小，均配置2套充电装置，按N＋1方式配置，每套分别配有4×20 A和2×20 A的充电模块。

5.2 直流系统电压及蓄电池的选择

电站直流系统统一采用DC220 V电压，考虑到进水口和集控楼负荷较小，单体电池电压选择12 V，17只，其他系统单体电压均采用2 V，103只。本工程均选用原装进口德国荷贝克胶体电池。由于重要负荷较多，蓄电池采用冗余配置，2组蓄电池分别带Ⅰ段和Ⅱ段母线，当电池故障时，可用1组蓄电池同时带2段母线。

经计算，各系统蓄电池均采用双套配置，每组容量选择情况如下：安装间600 Ah，主变室600 Ah，副厂房800 Ah，开关站350 Ah，进水口150 Ah，集控楼110 Ah。

6 系统组成及组屏方案

每套直流电源系统组成：2组阀控式密封铅酸蓄电池；3套充电装置（进水口及集控楼为2套）；主馈电及分电装置及相应的微机绝缘监视装置WZJ-21（每段直流母线1套）；2套微机监控装置WZCK-23、保护器具、监视仪表及报警信号。

每套直流电源系统组屏方案：3块充电盘（进水口及集控楼为2块）、2块主馈电装置盘、6块机组分电盘（每台机组2块，开关站、进水口及集控楼无机组分电盘）。除集控楼直流系统蓄电池组屏（2面）安装外，其他系统均采用支架安装。

7 直流母线接线形式

主馈电盘采用单母线分段接线方式，2段直流母线间设联络开关。其中2台充电装置分别固定接于Ⅰ、Ⅱ段母线，第3台充电装置跨接于2段母线之间。2段母线联络运行时有闭锁措施防止2组蓄电池并联运行。蓄电池按浮充方式运行。

机组分电盘直流系统采用单母线接线，2回进线，主用输入电源取自主馈电装置盘Ⅰ段，备用输入电源取自主馈电装置盘Ⅱ段，2路进线互为闭锁，当主用输入电源故障时，手动切换到备用输入电源回路。

对电站所有负荷，直流电源均采用星型方式馈电。

8 结语

作为电站的重要设备，溪洛渡直流电源系统在各机电设备的控制、操作及信号回路中起着至关重要的作用，目前11套直流系统已随首批机组的发电全部投运且运行良好。希望本文的介绍能为相关人士提供参考。