羅 曦，陳 宇

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院，四川 成都 610072)

1 電站概況

瀘定水電站為大渡河干流規(guī)劃的第12級梯級電站，電站上游與支流瓦斯河冷竹關(guān)水電站尾水銜接，下游與規(guī)劃的硬梁包水電站銜接。

瀘定電站樞紐由黏土心墻堆石壩、進(jìn)水口、泄洪洞、調(diào)壓井和引水式廠房構(gòu)成。電站采用地面廠房，裝機(jī)4臺，單機(jī)容量230MW，總裝機(jī)容量920MW。電站具有日調(diào)節(jié)能力，正常蓄水位以下庫容2.195億m3，調(diào)節(jié)庫容0.219億m3，多年平均年發(fā)電量38.44/40.48億kW·h(單獨運行/與雙江口電站聯(lián)合運行，下同)，年利用小時數(shù)4 178/4 400h，枯水年枯水期平均出力(保證出力)135/218MW。瀘定電站以500kV電壓等級接入電力系統(tǒng)，建成后將成為電網(wǎng)骨干支撐電源，主要承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù)，將接受四川省電力調(diào)度中心的調(diào)度。瀘定電站按“無人值班”原則設(shè)計，采用全計算機(jī)監(jiān)控，不設(shè)常規(guī)控制設(shè)備。

瀘定水電站電氣主接線形式：發(fā)電機(jī)—變壓器為聯(lián)合單元接線，500kV側(cè)采用三角形接線。

4臺水輪發(fā)電機(jī)組由哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司制造，4臺主變壓器由特變電工衡陽變壓器有限公司制造。

瀘定水電站首批機(jī)組(4號、3號機(jī)組)于2011年8月31日通過機(jī)組啟動驗收， 10月1日投入商業(yè)運行；3號機(jī)組10月3日投入商業(yè)運行。

2 廠用電系統(tǒng)特點及設(shè)計原則

2.1 廠用電系統(tǒng)的特點

2.1.1 供電負(fù)荷點多而分散

根據(jù)廠區(qū)樞紐布置，廠用電負(fù)荷主要集中分布在以下區(qū)域。

(1)引水式廠房：包括主廠房、下游側(cè)副廠房以及主變室；

(2)GIS樓：包括GIS室、樓頂出線場及控制樓；

(3)調(diào)壓井：包括調(diào)壓室、調(diào)壓井交通洞；

(4)壩區(qū)：包括進(jìn)水口，1、2、3號泄洪洞閘頂，壩頂公路，壩體泵房和廊道；

(5)其他，包括進(jìn)廠公路、污水處理站等。

由于工程樞紐規(guī)模較大，廠區(qū)設(shè)置主廠房、副廠房、GIS樓、調(diào)壓井等7個負(fù)荷點，壩區(qū)設(shè)置進(jìn)水口，2、3號泄洪閘，1號泄洪閘，壩體排水泵等4個負(fù)荷點，每個負(fù)荷點相距較遠(yuǎn)、較分散。

2.1.2 供電半徑大

瀘定水電站廠房為地面引水式廠房，由于地形限制，地面GIS樓與控制樓離主廠房下游的副廠房較遠(yuǎn)，同時調(diào)壓井離主廠房也較遠(yuǎn)，以副廠房為中心，供電半徑約1km。本電站壩型為堆石壩，設(shè)置進(jìn)水口和三個泄洪洞口，分別布置于壩前左、右岸，壩體廊道設(shè)置壩體排水泵，所有負(fù)荷點相聚較遠(yuǎn)，以進(jìn)水口為中心，供電半徑約1km。壩區(qū)進(jìn)水口距廠區(qū)約為3km。

2.1.3 供電負(fù)荷大

電站廠用電最大負(fù)荷出現(xiàn)在一臺機(jī)組檢修、其余3臺機(jī)組運行的情況下，經(jīng)計算，電站廠用電最大負(fù)荷約為4 300kVA。

廠內(nèi)廠用電主要負(fù)荷分為機(jī)組自用電負(fù)荷、滲漏和檢修排水負(fù)荷、廠區(qū)照明負(fù)荷、全廠公用系統(tǒng)和GIS及控制樓負(fù)荷等。壩區(qū)供電主要負(fù)荷包括右岸進(jìn)水口和2、3號泄洪洞進(jìn)口、左岸1號泄洪洞進(jìn)口、壩體排水泵房等。

2.2 廠用電系統(tǒng)的設(shè)計原則

廠用電系統(tǒng)的安全運行及供電可靠性主要取決于供電電源的引接和供電接線方式的安全可靠性。根據(jù)(DL/T 5186-2004)《水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計規(guī)范》，本電站廠用電的設(shè)計原則如下：

2.2.1 廠用電源的設(shè)置原則

(1)全部機(jī)組運行時，不應(yīng)少于3個廠用電電源；部分機(jī)組運行及全廠停機(jī)時，不應(yīng)少于2個廠用電電源。

(2)全廠設(shè)保安備用電源。

(3)保留施工供電電源作為廠用電的外來備用電源。

(4)廠用電源相互獨立、并有足夠的可靠性和容量。

2.2.2 廠用電電壓等級的選擇原則

盡量降低電能損失和設(shè)備投資，兼顧施工供電電壓等級。

2.2.3 廠用電接線的設(shè)計原則

廠用電系統(tǒng)應(yīng)具有高度的供電可靠性和靈活性，在機(jī)組起動、正常運行、正常停機(jī)、事故停機(jī)、電力系統(tǒng)某些部分發(fā)生短路的過渡狀態(tài)或機(jī)組部分缺陷造成機(jī)組解列等情況下均能可靠地向需要運行的廠用設(shè)備供電。

(1)滿足分區(qū)供電的要求，應(yīng)盡量避免低壓、大電流、長距離的供電。對壩區(qū)、調(diào)壓井及控制樓等處負(fù)荷，考慮采用高電壓等級供電到負(fù)荷中心后，再降壓供到各負(fù)荷點；

(2)接線方式盡量簡化，便于廠用電繼電保護(hù)系統(tǒng)和備自投方式的實現(xiàn)。

(3)公用電系統(tǒng)和自用電系統(tǒng)分開，機(jī)組自用電相對獨立；

(4)滿足機(jī)組各種運行、事故及檢修狀態(tài)下供電要求，盡量減少廠用電電源的切換操作；

(5)設(shè)置單獨的照明變壓器，以保證照明質(zhì)量；

(6)設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)作為大壩的保安備用電源。

3 廠用電源及廠用電壓

3.1 廠用電源

廠用電源按以下兩種方式取得：

(1) 由每組擴(kuò)大單元接線發(fā)電機(jī)出口引接高壓廠用工作電源；

(2) 由壩后施工變電站取得廠用備用電源；

3.2 廠用電壓

3.2.1 廠用電壓的選擇

瀘定水電站工程規(guī)模較大，廠用電負(fù)荷主要集中分布在廠區(qū)、壩區(qū)，兩部分廠用電的負(fù)荷均較大，供電范圍較廣，同時兩部分相距較遠(yuǎn)，采用兩級電壓供電。

瀘定水電站為大型水電站，廠房尺寸約為130m×60m(長×寬)，廠內(nèi)負(fù)荷包括機(jī)組自用電、廠房排水等均分布在廠房內(nèi)各層，如采用0.4kV一級電壓供電，會因為滿足電壓降而增加所選擇的電纜截面，增加資源的消耗，同時增加電能的消耗。因此采用10kV電壓等級供電到各負(fù)荷中心后，再降壓供到各負(fù)荷點，減少所選擇的電纜截面，減少資源損耗，同時減少電能的損耗。

廠區(qū)負(fù)荷中心至壩區(qū)約為3km，可采用10kV電壓等級供電。壩體結(jié)構(gòu)為堆石壩，壩區(qū)各負(fù)荷分布較遠(yuǎn)、負(fù)荷容量大，壩區(qū)平均供電半徑為1km，因此壩區(qū)設(shè)置10kV供電中心，向各負(fù)荷中心供電。

綜上所述，電站廠用電系統(tǒng)采用10kV和0.4kV兩級電壓供電。

3.2.1.1 高壓廠用電壓的選擇

高壓廠用電電壓等級可選用6kV或10kV，這兩種電壓等級均能滿足供電容量、供電距離和電能質(zhì)量的要求。

與采用6kV電壓等級相比，采用10kV可減小電纜的截面，降低電能損耗，節(jié)省投資，并有利于電纜的敷設(shè)；另一方面，由于保留的施工變電站采用10kV電壓等級，采用10kV電壓等級在外來電源引入時較方便。

10kV供電，進(jìn)線斷路器的熱穩(wěn)定電流較低，電纜截面小，由于兩種電壓等級的電纜價差較小，采用小截面電纜可節(jié)省有色金屬，從而節(jié)省電纜投資。

綜上所述，6kV與10kV電壓等級相比沒有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，為便于廠用電外來電源的引接，減低電能損耗，減少電纜敷設(shè)難度，高壓廠用電電壓采用10kV電壓等級。

3.2.1.2 低壓廠用電壓的選擇

0.4kV電壓等級是我國低壓網(wǎng)絡(luò)中正常供電電壓等級，使用經(jīng)驗成熟、應(yīng)用范圍廣，因此本電站低壓廠用電電壓等級采用0.4kV。

4 廠用電接線

4.1 高壓廠用電接線

4.1.1 廠區(qū)供電

根據(jù)電站廠用電系統(tǒng)特點和運行條件以及近期國內(nèi)同等規(guī)模水電站廠用電接線的設(shè)計方案，高壓廠用電供電接線從4臺機(jī)組主變壓器低壓側(cè)各引一個電源，經(jīng)高壓廠用變壓器分別接到4段10kV母線上。第Ⅰ、Ⅳ段母線上除引自機(jī)端的電源外，還從施工變電站各引一回10kV電源作為備用電源，兩回電源相互備用、自動投入。相鄰段母線相互備用，自動投入。根據(jù)全廠負(fù)荷統(tǒng)計結(jié)果，廠用高壓變壓器容量選擇為3×800kVA。

4.1.2 壩區(qū)供電

壩區(qū)供電負(fù)荷包括進(jìn)水口、泄洪洞進(jìn)口等。由于壩區(qū)負(fù)荷點分散，故考慮在大壩靠右岸適當(dāng)位置設(shè)10kV壩區(qū)配電中心，向壩區(qū)各負(fù)荷點供電。配電中心電源由廠房10kV配電裝置的第Ⅱ、Ⅳ段母線上各引接一回電源，還從施工變電站引1回10kV電源作為備用電源。另外考慮到大壩緊急泄洪的要求，還設(shè)有一臺630kW柴油發(fā)電機(jī)作為大壩的保安備用電源，以保證大壩的安全，必要時可作為一臺機(jī)組的緊急起動電源。柴油發(fā)電機(jī)額定電壓為380V，經(jīng)變壓器升壓至10kV接入10kV壩區(qū)配電中心。

4.2 低壓廠用電接線

廠區(qū)和壩區(qū)的所有負(fù)荷采用單層輻射式供電，10kV雙回路電源引至負(fù)荷點配電中心，縮短了0.4kV低壓配電距離，減少了電壓損失，同時10kV電源取自不同高壓母線，提高了供電的可靠性。

廠區(qū)機(jī)組自用電、照明用電、廠房排水和檢修排水系統(tǒng)、公用電、調(diào)壓井以及GIS樓和控制樓用電分開，壩區(qū)進(jìn)水口、2、3號泄洪閘、1號泄洪閘以及壩體廊道及集水井分開，均采用單獨變壓器供電，各自成低壓供電系統(tǒng)。

機(jī)組自用電按單元設(shè)置，即每個聯(lián)合單元設(shè)置1套自用電系統(tǒng)，每套自用電系統(tǒng)引自2個10kV電源。廠區(qū)和壩區(qū)的各低壓供電系統(tǒng)均設(shè)2個電源，分別引自不同的10kV母線段。廠房通風(fēng)系統(tǒng)負(fù)荷集中在主、副廠房，2回0.4kV電源引自公用電系統(tǒng)2段母線。

4.3 低壓廠用電系統(tǒng)制式

由于本電站具有供電負(fù)荷大，供電范圍廣、負(fù)荷點分散的特點，應(yīng)采用供電可靠性高，耗材省的供電方式，因此采用TN-S系統(tǒng)，作為低壓廠用電系統(tǒng)的制式。

5 廠用電設(shè)備選擇

(1)廠用變壓器容量的選擇采用綜合系數(shù)法和負(fù)荷統(tǒng)計法確定計算負(fù)荷，根據(jù)不同的系統(tǒng)采用不同的同時率和負(fù)荷率，并以電站一臺機(jī)組檢修，其余3臺機(jī)組運行為計算用最大運行方式。

(2)高壓廠用變壓器的容量應(yīng)保證在正常情況下滿足全廠廠用電負(fù)荷的供電，且在一般事故或檢修情況下有足夠的備用容量。

(3)由于廠用設(shè)備均布置在室內(nèi)，所有廠用電系統(tǒng)變壓器均采用先進(jìn)的10型干式變壓器。10kV開關(guān)設(shè)備采用真空斷路器，0.4kV開關(guān)設(shè)備采用低壓框架斷路器、塑殼斷路器和微型斷路器，使廠用設(shè)備“無油化”。

(4)高低壓電纜按額定電流選擇，以短路熱穩(wěn)定和電壓降進(jìn)行校驗。所有電纜全部采用阻燃型，長距離垂直輻射和戶外輻射的電纜采用鋼帶鎧裝式。

6 結(jié) 論

由于瀘定水電站裝機(jī)容量較大，在系統(tǒng)中具有重要的作用，要求電站廠用電系統(tǒng)的接線應(yīng)具有較高的可靠性和靈活性。本電站在系統(tǒng)中承擔(dān)腰荷和調(diào)峰運行任務(wù)。供電范圍大，負(fù)荷點較多，因此，廠用電負(fù)荷由10kV和0.4kV兩級電壓供電，廠區(qū)10kV廠用母線分4段，從4臺機(jī)組主變壓器低壓側(cè)各引一個電源，從施工變電站(永久使用)引2回電源。壩區(qū)10kV廠用母線分2段，從廠用10kV母線引2回電源，從施工變電站引1回電源。各低壓供電系統(tǒng)均設(shè)2個電源，分別引自不同的10kV母線段，另設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組作為電站的保安備用電源。

該方案滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、安全運行規(guī)范要求，瀘定水電站于2011年10月3日首批機(jī)組全部投入商業(yè)運行。

[1] 水電站機(jī)電設(shè)計手冊編寫組 .《水電站機(jī)電設(shè)計手冊》[S].電氣一次，水利電力出版社，1982.

[2] 水利水電規(guī)劃設(shè)計總院.《水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計規(guī)范》DL-T 5186-2004[S].中國電力出版社，2004.

[3] 水利水電設(shè)計總院.《水力發(fā)電廠廠用電設(shè)計規(guī)程》DL/T 5164-2002[S].中國電力出版社，2003.