宋均琪，林 順

（中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津市300222）

夏洛特水電站電氣一次設計

宋均琪，林 順

（中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津市300222）

1 工程概況

夏洛特水電站為引水式電站，位于西非塞拉利昂首都弗里敦西南約15km的Orugo河上，主要任務為發(fā)電，是我國非洲援建的100個清潔能源項目之一。電站總裝機容量為2200kW，2臺大機單機容量為1000kW，1臺小機容量為200kW，多年平均發(fā)電量為365.1萬kW?h。電站兩回11kV出線，分別接至Grafton村和日本援建的Regent變電站。接入點的變電站及相關(guān)設施由塞方負責出資建設。通過這兩條線路，既可直接并入首都弗里敦電網(wǎng)為弗里敦供電，又可為Grafton村及周邊地區(qū)供電。

電站由攔河壩、電站進水口、壓力管道、廠房建筑物等組成。攔河壩為混凝土重力壩，最大壩高13.5m，壩長63.8m，其中溢流壩長25m。電站進水口布置有攔污柵和沖砂底孔，緊靠溢流壩的左側(cè)。壓力管道采用鋼管，主管長140m，管徑為1.6m。廠房為地面廠房，分為主廠房和副廠房。主廠房主要布置3臺水輪發(fā)電機及附屬設備，長35.52m，跨度為10.5m。副廠房主要布置中低壓開關(guān)設備、二次設備和柴油發(fā)電機等，總長33.22m，寬度為7.5m。

2 電氣一次設計

2.1 電氣主接線

電站接入系統(tǒng)電壓為11kV，接入點有2個，分別為Grafton村和Regent變電站，電站距離Grafton村約5.5km，距離Regent變電站約5km。

1000kW發(fā)電機電壓選擇6.3kV，200kW發(fā)電機電壓選擇0.4kV。2臺1000kW機組組成擴大單元接線，經(jīng)過1臺2500kVA變壓器升壓至11kV。200kW機組接至0.4kV廠用母線I段經(jīng)2號主變升壓至11kV。發(fā)電機和開關(guān)柜之間采用電纜連接，11kV采用單母線接線方式。

2.2 廠用電接線

小水電廠用母線應簡單實用，結(jié)合電站安裝1臺200kW機組的特點，0.4kV廠用電采用單母線分段接線。小機組直接接到0.4kV母線I段，另外設有1臺干式廠用變壓器?？紤]到當?shù)仉娋W(wǎng)極為薄弱、電力建設極為落后，設置了1臺75kW柴油發(fā)電機作為事故應急和黑啟動電源。

壩上用電及生活管理區(qū)用電電源均直接引自0.4kV廠用母線。

2.3 主要設備選擇

當?shù)貫闈駸釒в炅謿夂?，所有電器設備均采用濕熱帶型（TH）產(chǎn)品。電站接入當?shù)仉娋W(wǎng)標稱電壓為11kV，國內(nèi)與之接近的為10kV。11kV電氣設備的絕緣水平參照中國10kV電氣設備的最高絕緣水平，即中性點非有效接地系統(tǒng)的絕緣水平，采用Um＝12kV，基本絕緣水平BIL＝75kV，工頻耐壓為42kV。

（1）發(fā)電機

3臺發(fā)電機均為臥軸混流式水輪機發(fā)電機組。1號和2號發(fā)電機型號為SFW1000—6／1180，額定容量為1000kW，額定電壓為6.3kV，功率因數(shù)為0.8，額定頻率為50Hz，額定轉(zhuǎn)速為1000r／min，勵磁方式為自并勵可控硅整流靜止勵磁系統(tǒng)。3號發(fā)電機型號為SFW—200—6／900，額定容量為200kW，額定電壓為0.4kV。

（2）主變壓器

1號主變?yōu)槿嚯p繞組油浸式變壓器，型號為S11—M—TH—2500／11.5，電壓變比為11.5±2× 2.5%／6.3kV，接線方式為DY11，阻抗電壓百分數(shù)為6%，冷卻方式為自冷。2號主變?yōu)槿嚯p繞組油浸式變壓器，型號為S11—M—TH—250／11.5，電壓變比為11.5±2×2.5%／0.4kV，接線方式為Dyn11，阻抗電壓百分數(shù)為4%，冷卻方式為自冷。

（3）中壓開關(guān)設備

中壓開關(guān)柜共16面，選擇金屬鎧裝戶內(nèi)成套設備，考慮到設備的通用性和備件的互換性，11kV和6.3kV均采用KYN—12型開關(guān)柜，配置真空斷路器。

（4）低壓開關(guān)設備

低壓配電柜共5面，動力箱6臺。低壓開關(guān)柜選擇GCS型低壓抽屜式配電柜，尺寸為800×1000×2200（寬×深×高）。動力箱選擇XL—M型動力配電箱。

（5）柴油發(fā)電機

為滿足黑啟動和事故應急的需要，電站配置1臺柴油發(fā)電機。柴油發(fā)電機采用渦輪增壓型，額定容量為75kW，額定電壓為0.4kV。

（6）電力電纜

電站內(nèi)高壓電纜選擇阻燃型交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套銅芯電纜：1、2號發(fā)電機和6.3kV開關(guān)柜之間選擇1根ZR—YJV—8.7／15kV—3×70電纜，6.3kV母線到1號主變之間及1號主變到11kV開關(guān)柜選擇2根ZR—YJV—8.7／15kV—3×70電纜。低壓電力電纜采用阻燃型聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜，額定電壓0.6／1kV。

2.4 過電壓保護及接地

11kV和6.3kV為不接地系統(tǒng)；0.4kV低壓配電采用TN—C—S系統(tǒng)，中性點直接接地。為防止雷電侵入波及操作過電壓的侵害，在11kV出線電纜上塔處設置戶外氧化鋅避雷器，在開關(guān)柜饋線側(cè)、母線及發(fā)電機出口等處設置戶內(nèi)型氧化鋅避雷器。

主副廠房屋頂設置避雷帶并用引下線與接地網(wǎng)可靠相連，水電站建筑物周圍設置人工鋼接地體，除埋在混凝土內(nèi)部的接地體以外，所有鋼接地體都鍍鋅防護層，接地網(wǎng)的總接地電阻小于4Ω。

2.5 照明

電站內(nèi)設置正常照明和事故照明。主副廠房各設1臺正常照明配電箱，電源引自0.4kV廠用電主配電盤。主廠房設1臺事故照明配電箱，電源引自UPS。副廠房事故照明采用燈具帶蓄電池，應急時間不小于60min。室內(nèi)采用高壓鈉燈、熒光燈等節(jié)能型照明燈具，主變場地設有投光燈，場區(qū)道路設置庭院燈。

2.6 主要設備布置

電站主廠房尺寸為35.52m×11.3m（長×寬），分為2層，底層為主機層。主機層高程為159.57m，3套機組一字排開，機組間距為8.5m。機旁動力箱、公用動力箱布置在主機層下游側(cè)。主機層上部空著，廠房左側(cè)設有安裝場，安裝場高程為164.7m。

副廠房布置在主廠房上游側(cè)，尺寸為33.22m ×7.5m（長×寬），單層建筑，主要包括高低壓配電室、控制室、柴油機房。高低壓開關(guān)柜室主要設備包括：8面6.3kV開關(guān)柜，8面11kV開關(guān)柜，2臺勵磁變，5面低壓開關(guān)柜，1臺干式站用變。控制室內(nèi)包括布置機組控制屏，UPS等。副廠房左側(cè)戶外布置1號和2號主變，尺寸為10m×4.3m（長×寬）。

3 小 結(jié)

夏洛特水電站是我國援建塞拉利昂的1座小型水電站，針對當?shù)仉娋W(wǎng)及氣候特點，在滿足發(fā)電功能的同時，合理選擇設備參數(shù)，優(yōu)化工程設計，滿足了塞方要求。項目的建設將會帶動該國經(jīng)濟的發(fā)展，改善當?shù)赜秒姉l件，是中塞兩國友誼的見證。該方案已于2010年7月通過商務部援外司的審查，于2010年10月通過塞拉利昂能源部的審查，于2011年完成EPC招標，2012年3月正式開工。

［1］ 水利電力部西北電力設計院．電力工程電氣設計手冊（電氣一次部分）［M］．北京：中國電力出版社．1996．

［2］ 水電站機電設計手冊編寫組．水電站機電設計手冊（電氣一次）［M］．北京：水利電力出版社．1985．

責任編輯 吳 昊

2015－03－03

宋均琪（1983－），男，工程師，主要從事水電站及新能源電氣相關(guān)設計工作。

E_mail：junqiso＠163.com