引水式水电站厂用电设计研究

李 萍，卢万里

（1.中国能源建设集团广西电力设计有限公司，广西 南宁 530023；2.广西电网有限责任公司电力科学研究院，广西 南宁 530023）

1 概述

引水式水电站属水电站的一种，是利用引水系统集中水头和引用流量以开发水能的水电站，其典型布置包括上游水库、调压井、压力管道、发电厂房等。从厂用电的设计角度看，引水式水电站厂用电负荷区域比较分散、各区域之间的连接线路较长，因此需要根据工程特点，设计满足厂用电可靠性的厂用电方案。现以老挝Houay Lamphan Gnai（HLG）为例，该水电站位于老挝南部，属于典型的引水式水电站，共装设2台单机容量为44 MW的水轮发电机组，总装机容量88 MW，采用115 kV电压等级与系统网络连接，115 kV出线共两回，接至Sekong变电站。发电机与变压器采用单元接线方式,发电机出口装设发电机断路器，115 kV侧采用内桥接线。电站建成后主要任务是发电，以提高老挝南部地区的供电率，减少枯水期从邻国进口电量，增加丰水期对邻国出口电量；电站属中型水电站，建成后将成为电网的重要电能来源，因此电站的安全、可靠、持续运行既关系到电网的安全，又关系到经济效益，为此厂用电系统稳定可靠也成为重点。

2 厂用电系统接线型式及电压等级分析

Houay Lamphan Gnai（会兰庞雅）水电站属引水式水电站，主要用电区域包括厂房、进水口、溢洪道、蝶阀室、生活区5大区域，而溢洪道、进水口、蝶阀室属于引水系统，分散布置在引水系统的各点上，相距很远，详见图1。因此厂用电设计的首要任务是明确各区域的供电电源及供电电压等级。

图1 用电区域分布图

根据引水式电站的负荷特点，厂用电系统接线有3种基本型式。型式1，采用一级电压供电，由发电机机端分别引接两回厂用电电源，并通过两台厂用变压器变压至400 V，供发电厂房内负荷，另通过400 V架空/电缆线路向坝区及生活区供电。型式2，发电厂房内厂用电系统不变，另从1号机机端引接1回电源，通过电缆/架空线路向坝区及生活区供电。型式3，发电厂房内厂用电系统不变，另在厂房内设置高压厂用电系统，400 V厂用电通过1台厂用变压器升压至高压，再通过高压电缆/架空线路向坝区及生活区供电。3种接线型式技术对比如表1所示。

表1 接线型式技术对比表

HLG工程，用电区域分布较远，不适合直接采用400 V电压供电，综合3种接线型式的优缺点，拟采用接线型式3为厂用电的基本型式，采用22 kV电压作为区域间供电电压等级。HLG水电站的特点是厂房、蝶阀室及生活区位置相对较近，线路约3 km左右，方便从厂房取电；而进水口、溢洪道与厂房距离较远，线路约10 km以上，中间多为山林地。如直接从厂房架空线路，将涉及该区域的征地问题，施工难度很大，经实地调查，溢洪道附近有地方22 kV电网，因此进水口、溢洪道作为一个供电区域由地方电网取电。

根据NB/T35044[1]，厂房内厂用电的主电源由两台发电机机端汇流母线分别引接，电源由两台发电机机端供给或系统通过主变压器倒送电，电压11 kV；另一回电源自22 kV地方电网引接，与施工电源永临结合作为厂用电备用电源；蝶阀室及生活区通过22 kV架空线路与厂房厂用电连接；进水口、溢洪道直接从附近地方22 kV电网引接，采用与施工用电永临结合方式进行，经22 kV架空线路分别引至进水口、溢洪道区域供电，详见图2厂用电系统图。

图2 厂用电系统图

厂房内厂用电系统采用400 V一级电压供电，机组自用电与全厂公用电采用混合供电方式，共设置两段厂用母线。为向蝶阀室及生活区供电，厂用电400 V经变压器升压至22 kV，再通过22 kV架空线路引至蝶阀室及生活区，为蝶阀室及生活区配电。为保证电站全部机组停运及外来电源断电时，仍维持厂用电供电的可靠性，在厂房及蝶阀室各设一台柴油发电机作为备用电源。

进水口、溢洪道电源共同取自地方22 kV电网，经22 kV架空线路引至相应的配电变压器，再由配电变压器降压至400 V向负荷供电，同时为了保证进水口、溢洪道供电的可靠性，两地各设一台柴油发电机作为备用电源。

3 厂用电运行方式

正常运行时厂内两段400 V母线分开单独运行，连接柴油发电机回路的断路器断开，22 kV外来电源开关柜断路器断开，在任何情况下应避免同一段母线由两个电源同时供电的运行方式。当一台变压器故障或检修时，自动切除本台变压器，通过分段开关或联络线保持供电的连续性。在厂内2台变压器均故障的情况下，22 kV外来电源开关柜断路器闭合，由22 kV地方电网供电；在厂内及外来电源均故障的工况下，由柴油发电机供电，此时22 kV外来电源开关柜断路器断开，蝶阀室及生活区由其各自的柴油发电机供电。

进水口、溢洪道运行工况：正常运行时由22 kV地方电网供电，故障工况下由柴油发电机供电。

4 厂用变压器的选择

厂用变压器容量须满足各种运行工况下可能出现的最大负荷，根据本工程特点，最大工况最有可能出现在2台机组同时运行或1台机组运行1台机组检修的工况下，因此根据各厂用电的负荷特性，分别对两个工况下的厂用电最大负荷进行分类统计。

全厂公用电与自用电混合供电，根据NB/T35044[1]规范要求，厂用电计算负荷按Sjs=KoΣPo进行计算，综合系数Ko取值0.775。厂用电负荷计算结果如表2厂用电负荷统计计算表所示，根据厂用电系统图，厂用电还须向电厂生活区供电，因此厂用变压器容量还需计入生活区负荷400 kW。1号、2号厂用变压器的容量按满足最大用电负荷计算，容量选定为1 000 kVA，3号厂用变压器按生活区及蝶阀室配电容量及厂内I、II类厂用电配电负荷选择为630 kVA。厂房内厂用变压器布置在副厂房内，采用干式变压器。结合22 kV架空线路，蝶阀室、进水口、溢洪道配电变压器分别选用30 kVA、63 kVA、80 kVA油浸式变压器，户外杆上安装。

表2 厂用电负荷统计表

根据《水电站机电设计手册（电气一次）》[2]厂用变压器允许自启动的电机容量为：

经计算，厂房内变压器的自启动容量为914 kW，大于438 kW，满足自启动要求。

5 结语

厂用电系统的可靠性直接关系到电厂的正常运行及效益，因此厂用电设计在遵守相关规程规范的基础上，追求安全可靠、技术先进、经济合理。在设计初始须根据当地电网及工程的实际情况，合理选择适合于厂用电的供电电源点、供电电压等级，对引水式电站更应注意合理规划供电系统；在厂用电系统主要设备选择时，须先对厂用电负荷进行分析统计，确保各设备的选择满足不同工况下运行要求。