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        澎水水電站電氣一次改造設(shè)計(jì)與分析

        2012-12-19 02:00:14包曉暉柯慕嵐
        水電站設(shè)計(jì) 2012年1期
        關(guān)鍵詞:主變接線斷路器

        包曉暉,柯慕嵐

        (1.福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院,福建 永安 36600;2.福建省漳浦縣澎水水庫管理處,福建 漳浦 363200)

        1 澎水水庫電站電氣改造的必要性

        澎水水庫位于福建省漳浦縣石榴鎮(zhèn)盤龍村境內(nèi),處澎水溪中游,是以發(fā)電為主,結(jié)合防洪、灌溉、漁業(yè)等綜合利用工程。電站于1993的11月并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行,是當(dāng)時(shí)福建省水頭最高的電站(平均發(fā)電水頭446m),目前總裝機(jī)2×3 200kW+1×2 000kW,年均發(fā)電量2 200萬kW·h。

        該電站自投運(yùn)后,進(jìn)行過兩次引水工程的擴(kuò)容技改,第一次是1997年的東線引水工程,第二次是2004年的北線引水工程。另外在1999年擴(kuò)建增容電站,并與原電站在電氣主接線中形成聯(lián)系。目前,該電站陳舊的電氣設(shè)備及其附屬設(shè)施、老化的設(shè)備部件,以及電站兩期工程之間的不協(xié)調(diào)、不配套,不能滿足供電可靠性和發(fā)電效益與安全,主要集中在以下幾方面:

        (1)兩期工程分別投入的1號主變(SF9-8000/35)與2號主變(S9-2500/35)型號、容量、性能差異過大,不滿足并列運(yùn)行的要求。尤其是因兩主變?nèi)萘勘瘸^3∶1,阻抗電壓百分?jǐn)?shù)為6.5∶10.5,負(fù)荷分配極不平衡,運(yùn)行很不經(jīng)濟(jì)。同時(shí),當(dāng)1號主變事故檢修時(shí),2號主變將起不到備用的作用。

        (2)斷路器均為油斷路器,其中6.3kV側(cè)為SN10型,35kV側(cè)一期為DW6型,二期為SN10-35。這些油斷路器部件嚴(yán)重老化、變形,漏油點(diǎn)較多。所配電磁式操作機(jī)構(gòu),可靠性差、型號陳舊、備品備件不易購買,維護(hù)難度大,且不能滿足“無油化”的要求。

        (3) 6.3kV主母線相連接的兩段分別為LMY-80×6 和LMY-40×5型號,而兩期工程共3臺機(jī)的最大持續(xù)工作電流達(dá)1 010A,這對于兩段母線而言均為滿載流量或過載流量工作,運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性嚴(yán)重不足。

        (4)主變高、低壓側(cè)接線形式均為單母線接線,且兩臺主變低壓進(jìn)線均未設(shè)斷路器,可靠性和操作靈活性明顯不高。且10kV庫區(qū)線引自35kV線路外側(cè),可靠性不足,電能損耗大。

        (5)35kV側(cè)的配電裝置既有戶內(nèi)式,又有戶外式,產(chǎn)品型號混亂、輔助設(shè)施多配,聯(lián)系電纜浪費(fèi),運(yùn)行維護(hù)不便。

        為了改變電氣系統(tǒng)與設(shè)備陳舊老化的現(xiàn)狀,提高電站發(fā)電可靠性與效益,增加水庫的調(diào)控能力,澎水水庫電站電氣部分改造勢在必行。

        2 改造設(shè)計(jì)的主要原則與規(guī)模范圍

        以遵循國家及行業(yè)部門的有關(guān)規(guī)程規(guī)范,因地制宜,加快工程建設(shè),降低工程造價(jià),提高經(jīng)濟(jì)效益為宗旨進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

        2.1 可行性原則

        即改造設(shè)計(jì)應(yīng)緊密結(jié)合和妥善處理本電站的不可變更或不宜變更的制約條件,而不應(yīng)該單純追求技術(shù)指標(biāo),不應(yīng)脫離原電站工程的實(shí)際情況,不應(yīng)進(jìn)行理想化的設(shè)計(jì),更應(yīng)該注意設(shè)計(jì)方案不應(yīng)與國家的政策法規(guī)及電力系統(tǒng)的有關(guān)技術(shù)規(guī)范相違背。

        2.2 科學(xué)性原則

        即在不違背可行性的基礎(chǔ)上,盡可能地體現(xiàn)當(dāng)前電力系統(tǒng)的新水平,尤其是要運(yùn)用新的設(shè)計(jì)理念分析解決原電站的實(shí)際不足,要優(yōu)先選用一個(gè)性能先進(jìn)、運(yùn)行可靠的電氣主接線方案,并推薦使用新技術(shù)、新設(shè)備。

        2.3 經(jīng)濟(jì)性原則

        在有限的投資情況下,主接線力求簡單,節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)等一次設(shè)備的投資;經(jīng)濟(jì)合理地選擇主變型式,避免增加電能損失;力求系統(tǒng)安全運(yùn)行可靠化,盡量增加年發(fā)電量,提高水電站的經(jīng)濟(jì)效益。

        另外,對待電站本身的某些特殊問題允許采用特殊的辦法處理。

        水電站改造設(shè)計(jì)不同于一般的初步設(shè)計(jì)和技術(shù)施工設(shè)計(jì),其電氣一次部分的設(shè)計(jì)主要應(yīng)包括:對原有的主接線方案進(jìn)行論證與修改;根據(jù)新擬訂的主接線方案調(diào)整廠用電引接方式和接線方式;短路電流計(jì)算,對于小型水電站的技改一般變化不大;根據(jù)原電氣設(shè)備的技術(shù)應(yīng)用情況恰如其分地選擇新型替代產(chǎn)品;改造設(shè)計(jì)高壓開關(guān)柜的配置接線圖(訂貨圖)與屋內(nèi)外配電裝置布置圖等。另外也應(yīng)該對上述改造內(nèi)容的電氣二次、土建、通信及相關(guān)的照明、防雷接地、給排水、暖通等進(jìn)行對應(yīng)改造設(shè)計(jì),但一般除電氣二次部分外不做太大程度的改造。

        3 電氣主接線改造

        3.1 電氣主接線

        改造設(shè)計(jì)主接線方案如圖1所示。發(fā)電機(jī)與主變的聯(lián)結(jié)方式由1個(gè)擴(kuò)大單元接線和1個(gè)單元接線組成:1號、2號發(fā)電機(jī)組(1G、2G)與1號主變(1TM8000kVA)組成1個(gè)“兩機(jī)一變”的擴(kuò)大單元;3號發(fā)電機(jī)組(3G)與2號主變(2TM4000kVA)組成1個(gè)“發(fā)-變”單元。發(fā)電機(jī)電壓6.3kV側(cè)共有1WBL、2WBL及3WBL三段母線:1號、2號發(fā)電機(jī)聯(lián)結(jié)1WBL母線,3號發(fā)電機(jī)聯(lián)結(jié)2WBL母線,庫區(qū)負(fù)荷與近區(qū)負(fù)荷采用10kV供電,由3WBL母線向庫區(qū)變61TA、近區(qū)變62TA供電。主變35kV升壓側(cè)接線則為二進(jìn)二出的外橋接線。

        3.2 優(yōu)越性

        該主接線方案的明顯優(yōu)越性:

        (1)運(yùn)行的安全性和靈活性:在不同運(yùn)行方式下均能適應(yīng)并快速投退;

        (2)適用性:主變高壓側(cè)采用外橋接線,符合該電站遠(yuǎn)離電網(wǎng)、線路長、投切不便的實(shí)際;同時(shí),由于起增容作用的3號發(fā)電機(jī)因主要工作于雨季,因此不存在2號主變長期低效率、高損耗的問題。

        (3)經(jīng)濟(jì)性:高壓側(cè)橋式接線比原單母線接線節(jié)省了1臺斷路器,機(jī)端接線也比原單母線接線少用2臺斷路器;近區(qū)線、庫區(qū)線采用10kV供電也更可靠、更減少損耗,其電源直接引自機(jī)壓側(cè),減少了原方案中經(jīng)過主變升壓再降壓這一反復(fù)過程,運(yùn)行亦更為經(jīng)濟(jì)。

        圖1 改造后的電氣主接線

        3.3 主接線運(yùn)行方式

        第一種正常運(yùn)行方式:1~3號機(jī)組發(fā)電,2臺主變均可投運(yùn),此時(shí)應(yīng)分別以“發(fā)-變”單元及“兩機(jī)一變”擴(kuò)大單元接線方式運(yùn)行。6.3kV的3WBL母線可以投向1WBL母線或2WBL母線中的任一段。這應(yīng)是本電站運(yùn)行中最常用的基本接線方式。當(dāng)3臺機(jī)組同時(shí)發(fā)電及2臺主變都投運(yùn)時(shí),嚴(yán)禁將1WBL、2WBL及3WBL三段母線并聯(lián),使6.3kV側(cè)變成單母線接線的運(yùn)行方式。

        第二種允許的運(yùn)行方式:當(dāng)1號主變發(fā)生故障或檢修退出運(yùn)行,需要1號或2號機(jī)發(fā)電時(shí),可以連通1WBL、2WBL及3WBL三段母線,通過2號主變將1號或2號發(fā)電機(jī)中的1臺機(jī)組的電能送出。

        第三種允許的運(yùn)行方式:當(dāng)2號主變發(fā)生故障或檢修退出運(yùn)行,3號機(jī)需要發(fā)電時(shí),可以連通1WBL、2WBL及3WBL三段母線,此時(shí)僅允許1號或2號發(fā)電機(jī)組中的1臺發(fā)電機(jī)組與3號機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。

        4 廠用電設(shè)計(jì)

        澎水水電站廠房內(nèi)共設(shè)有2臺廠用變壓器,廠用電源分別由機(jī)端1WBL和35kV側(cè)的橋接點(diǎn)處取得;當(dāng)全廠停機(jī)時(shí),廠用電可以從35kV系統(tǒng)或從庫區(qū)備用電源取得。通過對本站3臺臥式水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備的自用電和公用電負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及分析,選用SC9-100/6為1號廠用變壓器(41TA),選SC9-160/35為2號廠用變壓器(42TA),兩者均帶保護(hù)外殼、溫控裝置和風(fēng)扇。2臺廠變互為冷備用,不允許并列運(yùn)行,其單臺容量可滿足最大負(fù)荷及自起動(dòng)壓降要求。

        廠用電0.4kV接線為單母線斷路器分段,設(shè)有備用電源自動(dòng)投入裝置。正常時(shí)41TA帶I段母線上的廠用負(fù)荷,42TA帶Ⅱ段母線上的負(fù)荷,Ⅰ、Ⅱ段母線分段聯(lián)絡(luò)斷路器斷開運(yùn)行。當(dāng)其中1臺廠變發(fā)生故障時(shí),故障廠變低壓側(cè)斷路器跳閘,備用自投裝置動(dòng)作,聯(lián)絡(luò)斷路器自動(dòng)合閘,切換至另1臺廠變供給全部廠用負(fù)荷。

        5 主要一次設(shè)備選擇

        5.1 主變壓器選擇

        澎水水電站原主變壓器型號為SF9-8000/35(1號主變)與S9-2500/35(2號主變)。1號主變?yōu)楦邠p耗變壓器,屬淘汰產(chǎn)品,且電站改造前兩主變?nèi)萘?、阻抗百分?jǐn)?shù)相差太大,不宜并列運(yùn)行??紤]以上因素,主變壓器更換為兩臺S9型低損耗銅芯變壓器,型號為S9-8000/35與S9-4000/35。該型變壓器采用新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝制造,與老型號變壓器相比,空載損耗可降低41.5%左右,短路損耗降低14.5%左右。本次改造選用的35kV級空載損耗會(huì)降低38%左右,短路損耗降低16%左右。其它某些電站的改造方式是,如原有變壓器容量足夠,結(jié)合技術(shù)改造,也可將舊變壓器改造為節(jié)能變壓器。

        5.2 高壓開關(guān)設(shè)備更換

        電站原為GG-1A固定式開關(guān)柜,其柜內(nèi)所安裝的SN10型少油斷路器和GN8型隔離開關(guān),均為淘汰產(chǎn)品,且沒有“五防”設(shè)施,需進(jìn)行更換?,F(xiàn)選用XGN-10固定式開關(guān)柜,體積小、設(shè)備新、可靠性高,當(dāng)然價(jià)格較高,其主要技術(shù)參數(shù)為:額定電壓12kV,額定電流2 000A,額定短時(shí)耐受電流(4s)20kA,額定峰值耐受電流50kA。同時(shí),改造方案將斷路器和隔離開關(guān)改換為ZN28-10型真空斷路器(選型主要技術(shù)參數(shù)為:最高工作電壓12kV,額定電流3 150A,額定開斷電流40kA,額定短時(shí)耐受電流(4s)40kA,額定峰值耐受電流100kA)和GN19-10型隔離開關(guān),并加裝“五防”裝置。該方案可節(jié)省投資12萬元,并可減少土建工作量。

        5.3 低壓交、直流電源設(shè)備更換

        廠用配電盤采用MNS型抽屜柜。0.4kV母線的2臺廠用變出線斷路器和母線聯(lián)絡(luò)斷路器為施耐德MT系列框架斷路器,其它饋電回路均選配施耐德NS系列塑殼斷路器。主廠房和副廠房各層、中控室、電纜層、安裝間、尾水閘門室及高位油箱室均設(shè)有動(dòng)力配電箱和檢修配電箱,供給相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行或檢修的動(dòng)力用電。配電箱進(jìn)線及分接開關(guān)均選用施耐德的NS系列塑殼斷路器和C65HD系列微型斷路器。

        直流電源原為鉛酸蓄電池組,占地大,現(xiàn)更換為免維護(hù)蓄電池柜,容量為100Ah,電壓220V,能夠滿足電站控制合閘及事故照明要求。

        另外,本次改造工程的重點(diǎn)主要集中在主接線方案改造和設(shè)備改造上,因此電站的總布置方案、各級電壓的進(jìn)出線方向和配電裝置的通道、結(jié)構(gòu)與電纜走向基本維持不變。過電壓保護(hù)與接地、站內(nèi)照明等亦不作過多改造。但擬將原閥型避雷器FCD型與FZ型按電壓等級分別更換為氧化鋅避雷器Y5WN-12.7/42型和HY5WZ2-54/134型,其殘壓低、放電時(shí)間極短、保護(hù)性能優(yōu)良、體積小、使用壽命長,主要技術(shù)參數(shù)符合運(yùn)行工況。

        在二次控制保護(hù)系統(tǒng)方面:改造設(shè)計(jì)擬采用微機(jī)保護(hù)和微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。微機(jī)監(jiān)控技術(shù)不僅運(yùn)行可靠,還具有微機(jī)監(jiān)控和常規(guī)控制兩套系統(tǒng),能自動(dòng)測量水位,并根據(jù)水位調(diào)整出力,實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行,增加發(fā)電量。在有條件時(shí),可實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)方監(jiān)測和控制,實(shí)行梯級電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由上位機(jī)、就地控制單元(LCU)、公用設(shè)備就地控制單元(LCU)等組成。

        6 結(jié)束語

        水電站進(jìn)行技術(shù)改造后,設(shè)備的性能大大改善。由于采用了新技術(shù)、新材料,不僅主變等設(shè)備的損耗大為減少,而且設(shè)備事故率大大降低,電站發(fā)電運(yùn)行時(shí)的不安全因素得到徹底改變,檢修周期延長,檢修費(fèi)用降低,經(jīng)濟(jì)效益明顯改善。

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