浅谈水电站电气主接线方案选择

浅谈水电站电气主接线方案选择

黄绍棠

罗定市灌区工程管理中心广东罗定527200

摘要：电气主接线的选择，是水电站电气部分设计的最主要环节，它与电力系统、枢纽条件、电站动能参数以及电站运行的可靠性、经济性等密切相关，在水电站整个电力系统中起到枢纽的作用。基于此，本文详细介绍了某水电站电气主接线择优选择的过程、所阐述的方法方案，以期对有关的水电站电气主接线选择工作提供有益的参考与借鉴。

关键词：水电站；电气主接线；选择

引言

作为社会主义市场经济建设的重要基础设施，水电站在人们的生产和生活中发挥着重要作用，为国民经济和社会生产的发展提供充足的电力供应。然而在水电站中，电气主接线的选择对电气布置、设备选择、继电保护和控制方式等都有较大的影响，具有非常重要的意义。因此，水电站电气主接线的选择要最优，以达到提高电力系统的经济合理性和安全可靠性的目的。

1工程概述

某水电站正常蓄水位2570m，相应库容0.3241×108m3，水库具有日调节能力，调节库容0.1289×108m3，利用落差70m，装机容量180MW（3×60MW），另有6.5MW（2×3.25MW）生态流量机组，总装机容量186.5MW。单独运行多年平均发电量6.900×108kW·h，装机年利用小时3834h。

电站的开发任务是以发电为主，兼顾下游生态环境用水，建成后该省主网，可在系统中担任调峰作用。为充分利用生态流量和壅水高差，在坝后安装2台生态机组。

2电站接入系统方案

根据电站接入系统设计报告：“该水电站以1回220kV线路接入规划的马尔康500kV变电站，线路长度约55km，导线型号暂定为LGJ-630×2；生态机组以1回35kV线路接入观音桥电站三绕组升压变，线路长度约8km，导线型号暂定为LGJ-95；该电站预留1回220kV出线间隔至绰斯甲电站。”

3电气主接线

3.1设计原则

此装机容量3×60MW（大机组）+2×3.25MW（生态机组），属中型水电站。电气主接线的设计，应遵循以下原则：

1）主接线应安全可靠、简单清晰、运行灵活、维护方便；

2）结合开关站型式和出线距离、落点，对主接线进行综合考虑；

3）继电保护配置和二次回路应简单，以节省二次设备和控制电缆；

4）主接线设计时应考虑本电站生态机组电力的统一送出；

5）电站接入系统要求预留1回220kV出线间隔至绰斯甲电站，主接线设计应考虑较大穿越功率通过的需求；

6）在满足可靠性的要求下，力求电站投资和电能损耗最小。

3.2发电机与主变压器的组合方式

根据电站的动能特性、单机容量、台数、电站接入系统电压等级与回路数以及电站在系统中的地位，发电机和主变压器的组合方式可采用：一机一变单元接线（方案一）、单元接线与扩大单元接线的组合接线（方案二）及单元接线与联合单元接线的组合接线（方案三）3种方式。三机一变扩大单元接线由于可靠性较低、灵活性较差，且主变运行损耗最大、主变运输困难而不予考虑。3种方案技术经济比较见表1。

从经济性方面来看：方案三投资最省，方案二其次，方案一投资最高。

从可靠性来看，方案一可靠性最高，当1台主变及其所连接的设备故障或检修，不影响另一机组的电力送出；方案三可靠性其次，当联合单元中主变高压侧母线及其所连接的设备故障或检修时，2台机组的电能将不能送出；方案二可靠性最差，当扩大单元中主变及其所连接的设备故障或检修时，2台机组的电能将不能送出。

从设备选型方面来看，方案一及方案三变压器低压侧工作电流较小，发电机回路短路电流也较小，发电机电压侧设备选择容易，而且1台发电机对应1台主变，主变容量较小，主变运输问题较易解决；方案二扩大单元中变压器低压侧工作电流达7331A，扩大单元发电机主母线需选择离相封闭母线，这样势必造成母线与出线柜连接安装困难；2台发电机连接1台主变，主变容量较大、运输较困难；且扩大单元接线主变压器低压侧工作电流较大，发电机回路短路电流也较大，需选择SF6型发电机断路器，价格远高于单元接线所用的真空型发电机回路短路电流也较大，需选择SF6型发电机断路器，价格远高于单元接线所用的真空型发电机断路器。

方案三与方案一相比少了一回220kV进线，总投资减少了198万元，但主变高压侧有并联母线和隔离开关，增大占地面积、增加布置难度，联合单元中1台机组停机，主变仍需带电，运行空载损耗大，联合单元主变故障或检修，接在本单元的机组需短时停机，其供电的可靠性和灵活性较方案一差，较方案二好。

综上，考虑供电可靠性与线路送电容量的合理配合、投资成本等要求，发电机电压侧暂考虑采用方案一单元接线和方案二单元接线与扩大单元接线的组合接线两种方案，以下结合220kV升高电压侧接线方式组合出各电气主接线方案再做进一步的比较。

3.3220kV升高电压侧接线方式

升高电压侧主要对以下6种线接线方案进行经济技术比选：

方案一：发电机电压侧：单元接线与扩大单元接线的组合接线；220kV升高电压侧：单母线接线；

方案二：发电机电压侧：单元接线与扩大单元接线的组合接线；220kV升高电压侧：单母线分段接线；

方案三：发电机电压侧：单元接线与扩大单元接线的组合接线；220kV升高电压侧：四角形接线；

方案四：发电机电压侧：单元接线；220kV升高电压侧：单母线接线；

方案五：发电机电压侧：单元接线；220kV升高电压侧：单母线分段接线；

方案六：发电机电压侧：单元接线；220kV升高电压侧：双母线接线。

6种方案的优缺点及设备投资比较见表2。

从经济性方面来看：方案一投资最省，分别比方案二、方案三、方案四、方案五和方案六少320万元、340万元、105.5万元、425.5万元和475.5万元。

方案六采用双母线接线方案，接线清晰，一组母线及所连接设备故障或检修，不影响另一组母线供电，将故障或检修母线所接回路切换到另一组母线后即可恢复供电，运行灵活，可靠性最高，出现因接线方案造成电站大量弃水工况的可能性大为减小，可较好地满足系统对电气主接线可靠性的需要。

方案二、方案五220kV电压侧采用单母线分段接线，可靠性分别较方案一、方案四高，但方案二、方案五设备投资分别较方案一、方案四均高320万元，经济性较差。由于本电站220kV侧有较大的穿越功率，分段断路器故障或检修时将影响到系统运行；另外，继电保护及二次接线也较为复杂。因此，本电站不推荐方案二、方案五的主接线方案。

由于本电站220kV电压侧有较大的穿越功率，且存在着不确定性，方案三220kV电压侧为四角形接线，其潮流变化复杂，给继电保护整定带来很大困难，二次接线也很复杂，虽然可靠性较高，但当任一组断路器检修时，接线成开环运行，从而降低了接线的可靠性，并且该方案主设备投资较高。因此，不推荐该接线方案。

方案一、方案四220kV升高电压侧采用单母线接线，经济性较方案二、三、五、六好，缺点是220kV母线及所连设备故障或检修，全厂需停电。方案四可靠性指标最差，且投资较方案一贵105.5万元，而方案一可靠性最低，但是，对水电站来说，合理安排机组运行及设备检修、维护时间，可有效避免设备故障对电站造成的经济损失。另外，本电站装设了发电机型断路器，减少了开停机时高压断路器操作次数，并且本电站220kV高压配电装置采用GIS，设备故障率大大降低，设备检修期也较长。本电站供电网，电站装机容量较小，即使全部机组退出运行也不会对电网的安全稳定运行造成影响，电网对本电站主接线可靠性要求不高。

方案一发电机电压侧采用扩大单元接线，发电机电压侧短路电流较大，对设备选型不利。其可靠性也较差，当扩大单元中主变及其所连接的设备故障或检修时，两台机组的电能将不能送出。考虑到本电站水库为日调节，发电机利用小时数达4415h，这样当扩大单元中主变及其所连接的设备故障或检修时势必产生大量弃水，严重影响发电效益。而且方案一扩大单元接线发电机主母线需选择离相封闭母线，从而造成母线与出线柜连接困难；发电机断路器需选用投资较高的SF6型断路器；且主变容量较大，对运输也不利。

2013年2月14日，电力公司要求水电站预留1回220kV出线间隔至绰斯甲电站、配置220kV高抗1台；又根据业主要求水电站增加2个110kV间隔位置供近区小水电上网，电站有较大的通过功率，进出线回路数较多，多达5～7回且不确定性很大，因此，双母线接线可较好地满足系统对本电站电气主接线可靠性的需要，同时考虑到发电机电压侧采用单元接线，便于设备的选型、运行及维护，推荐方案六：即发电机电压侧：单元接线；220kV电压侧：双母线接线。推荐的电气主接线图如图1。

4结语

总之，电气主接线主要是由高压电气设备通过连线组成的接收和分配电能的电路，它的选择是水电站电气设计的主体，对水电站电气部分设计具有非常重要的意义。应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，以便使电站电气设备投资合理，并保证电站长期安全运。

参考文献：

[1]杨军；罗海；杨丽薇.积石峡水电站电气主接线方案选择[J].水力发电.2011（11）

[2]陈兰.基于水电站电气主接线路的设计研究[J].中国科技博览.2014（20）