水利枢纽厂用电系统分析

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摘要:苏阿皮蒂水利枢纽位于几内亚Konkoure河流域,总装机容量450MW,工程规模大(1)型,工程等别1等,被誉为西非“三峡”工程,在西非电力系统中有重要作用和地位,苏阿皮蒂水利枢纽范围大,负荷分布广,厂用电源具有高可靠性、灵活性和稳定性,本文对苏阿皮蒂水利枢纽厂用电系统设计主要特点进行介绍。

关键词:厂用电系统;西非“三峡”;设计

1项目背景

苏阿皮蒂水利枢纽位于几内亚Konkoure河流域,总库容63.17亿m3。水电站布置坝后地面厂房,安装4台112.5MW水轮发电机组,电站总装机容量450MW,年利用小时数4500h,多年平均发电量约2016GWh,主体工程于2016年开工,首台机组已于2020年11月投产发电。苏阿皮蒂水利枢纽装机容量大,是要将电能输送至几内亚首都科纳克里市,供工业和民用发展。根据目前规划的西非环网,将来可将多余电力经过环网输送至其他国家,是西非电力的稳定和重要来源。苏阿皮提水利枢纽是一座以发电为主,兼有防洪等综合效益的大型水电站,其厂用电系统设计从厂用电源、接线方式、布置等方面综合考虑,保证厂用电系统能够可靠、稳定运行。

2项目供电范围及负荷容量

2.1供电范围

供电范围主要包括发电厂房用电、坝区设备用电。(1)发电厂房用电:包括电站厂房机组用电、公用设备(油、气、水等)用电、检修设备用电、照明用电、电站出线场用电、进水口设备用电、尾水设备用电等。(2)坝区设备用电:包括坝区照明用电、检修配电箱用电、闸门启闭机用电等。

2.2负荷容量分析

根据各部位负荷特性,采用综合系统法分析统计,考虑厂房距离坝顶距离并不是很远,压降不是很高,采用大截面电缆输电至坝顶,不再单设坝用电系统;考虑多回400V备用回路供电。

3厂用电电源与电压

苏阿皮蒂属于大型电站,厂用电源需要高可靠性、稳定性和灵活性,因此,除配置高可靠性工作电源外,还应设置可靠备用电源;苏阿皮蒂厂用电电压等级分30kV、15.75kV和0.4kV三种。

3.1厂用电电源

厂用电30kV采用单母线分段接线,2回电源均引自附近凯乐塔225kV变电站,30kV母线为2台厂用变压器供电。2台厂用变压器互为备用,为全厂用电负荷提供备用电源。厂用电15.75kV采用单元接线,分别取自1#和3#机组段,经2台厂用变压器为Ⅰ段、Ⅱ段400V母线充电。厂用电0.4kV公共段采用单母线分段接线,分为Ⅲ段及Ⅳ段及0段母线,Ⅲ段和Ⅳ段之间设分段断路器。2台厂用低压变压器及1台柴油发电机组分别接至Ⅰ段、Ⅱ段及0段母线。厂用电0.4kV负荷段采用双段单母线接线,分为Ⅰ段和Ⅱ段,充电电源分别取1#机组段厂变低压侧、Ⅲ段母线和3#机组段厂变低压侧、Ⅳ段母线。

3.2中性点接地方式

30kV和15.75kV馈电系统电缆并不多,单相接地故障电容电流不大,根据GB/T50064-2014交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范规定,采用中性点不接地方式。

3.3厂用电接线

(1)电站30kV接线电站30kv电源取自附近凯乐塔220kV变电站30kV出线间隔,对应2台2000kVA高厂变,30kV供电系统分2段母线运行,每段母线连接1台高厂变,Ⅰ段母线和Ⅱ段母线经高厂变分别为Ⅲ段及Ⅳ段400V母线充电。两段母线之间设联络断路器,配置备用电源自投联锁装置,在系统正常运行时,只由一个电源供电,备用电源通过备自投装置投入。(2)电站15.75kV接线电站15.75kV电源取自1#和3#机组段,对应2台2000kVA高厂变,15.75kV供电系统采用单元接线,厂变低压侧分别接入400V母线Ⅰ段和Ⅱ段。(3)柴油发电机接线电站厂房内设1台柴油发电机组,柴油发电机容量1000kW,电压等级400V,直接接入400V母线Ⅲ段。(4)电站400V接线电站400V供电系统分4段母线运行,4段母线分设有3组联络断路器。

3.4厂用电接线运行逻辑

正常情况下由1号机端厂用变带Ⅰ段400V母线运行,Ⅰ段和Ⅲ段母联(6DL)闭合;由3号机端厂用变带Ⅱ段400V母线运行,Ⅱ段和Ⅳ段母联(7DL)闭合。当检测到1#机端厂用变1DL进线侧电压消失,Ⅰ段母线电压消失,且1#机端厂用变2DL进线侧有压;延时跳开1#机端厂用变侧进线断路器1DL,自动合上Ⅲ段与Ⅳ母联断路器5DL,由2#机端厂用变带两段母线运行;当1#机端厂用变1DL进线侧电压恢复时,自动分断Ⅲ段与Ⅳ母联柜5DL,延时合上1#机端厂用变1DL进线断路器。反之,当检测到2#机端厂用变2DL进线侧电压消失,Ⅱ段母线电压消失,且1#机端厂用变1DL进线侧有压;延时跳开2#机端厂用变侧进线断路器2DL,自动合上Ⅲ段与Ⅳ母联断路器5DL;由1#机端厂用变带两段母线运行;当2#机端厂用变2DL进线侧电压恢复时,自动分断Ⅲ段与Ⅳ母联柜5DL,延时合上2#机端厂用变2DL进线断路器。当Ⅰ段和Ⅱ段母线进线开关1DL和2DL进线侧电压均消失,对应母线电压也消失,且厂用电3DL或4DL进线侧有压时,延时跳开Ⅰ段和Ⅱ段母线进线开关1DL和2DL,合上Ⅲ段与Ⅳ母联断路器5DL,延时合上3DL或4DL断路器(3DL和4DL不能同时有电,若同时有电默认先合3DL,当3DL不能正常投入时,才合4DL,反之亦然)。当检测到1#机端厂用变1DL进线侧或者2#机端厂用变2DL进线侧电压恢复时,自动跳开3DL或4DL进线断路器,合上1#机端厂用变或2#机端厂用变的进线断路器1DL或2DL。当1DL、2DL、3DL、4DL进线侧均无压时,PLC自投合上5DL母联断路器后,后台监控系统闭锁PLC装置,手动投入柴油机8DL带重要负荷。当其中一路市电恢复时,需先将8DL断路器分断并由后台监控系统发送PLC解除闭锁信号,PLC方可恢复工作。

4厂用变压器选择

4.1厂用变压器

厂用变压器包括从1#和3#机端引接电源15.75kV高压厂用变压器和外部凯乐塔变电站的2回30kV厂用变压器,由于高厂变分支回路短路电流较大,分别采用单相无励磁调压干式变压器和三相无励磁调压干式变压器,均采用带防护外罩环氧树脂绝缘铜芯变。

4.2厂用变压器容量

厂用变容量根据用电负荷计算的容量选取,负荷计算容量按照“经常运行负荷”的最大容量计算,根据NB/T35044-2014水力发电厂厂用电设计规程中要求的计算方法,根据不同用电负荷采用不同的系数计算。

5总结

苏阿皮蒂水利枢纽厂用电系统设计,依据电站自身的特点、当地运行特点及气候特点等,从接线方式、电源切换、电源点等多个方面保证厂用电系统能够可靠、稳定和灵活的运行,为水电站稳定安全运行起重要保障。

参考文献

[1]NB/T35044-2014,水力发电厂厂用电设计规程[S].2014.

[2]GB/T50064-2014,交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范[S].2014.

[3]乌东德水电站厂用电系统设计,朱钊.水电电气.2019(187).

作者：张文捷 姚帅 单位：黄河勘测规划设计研究院有限公司