袁文娟，張獻(xiàn)忠

(1.水利部農(nóng)村電氣化研究所，浙江 杭州 310012；2.金華市安地水庫管理處，浙江 金華 321052)

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古巴瑪雅里水電站右岸廠房電氣一次設(shè)計(jì)

袁文娟1，張獻(xiàn)忠2

(1.水利部農(nóng)村電氣化研究所，浙江 杭州 310012；2.金華市安地水庫管理處，浙江 金華 321052)

介紹古巴瑪雅里水電站右岸廠房電氣一次設(shè)計(jì)過程，對電氣主接線及廠用電方案的確定、發(fā)電機(jī)和主變壓器等電氣設(shè)備的選擇、過電壓保護(hù)和接地裝置的選擇、照明及電纜橋架等進(jìn)行了描述。圖1幅，表1個(gè)。

電氣主接線；廠用電；電氣設(shè)備選擇；布置；過電壓保護(hù)；接地；照明；電纜橋架

1 電站概況

瑪雅里水庫位于古巴東部的奧爾金省瑪雅里市，是瑪雅里河的主要水庫，其工程開發(fā)目的是用于灌溉周邊的農(nóng)田、控制洪峰，減小河流下游地區(qū)的洪水影響，并可以進(jìn)行水力發(fā)電；壩址流域面積1 072 km2，正常蓄水位相應(yīng)庫容3.53×108 m3?，斞爬锼娬纠靡呀ǖ默斞爬锼畮鞛樗矗娬居勺蟀稄S房和右岸廠房組成，發(fā)電廠房均為地下廠房。左岸廠房安裝1臺(tái)機(jī)組，裝機(jī)容量為1 150 kW；右岸廠房安裝4臺(tái)機(jī)組，其中1號(hào)和2號(hào)機(jī)組單臺(tái)裝機(jī)容量為1 223 kW；3號(hào)機(jī)組裝機(jī)容量為400 kW；4號(hào)機(jī)組用于電站黑啟動(dòng)使用，裝機(jī)容量為50 kW，右岸廠房總裝機(jī)容量為2 896 kW。電站年利用小時(shí)數(shù)為4 500 h左右，按少人值班控制方式設(shè)計(jì)，采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制。

2 電站接入電力系統(tǒng)方式

按照電網(wǎng)的現(xiàn)有布局和奧爾金市電力公司要求，瑪雅里水電站輸出采用一回34.5 kV出線，向附近的負(fù)荷區(qū)供電，并接入Nicaro 110 kV變電站。擬在瑪雅里大壩下游設(shè)34.5 kV降壓變電站1座，左岸廠房和右岸廠房各采用一回34.5 kV出線，分別從各自交通洞口出線架經(jīng)700 m和200 m的架空導(dǎo)線且在壩后變電站的34.5 kV母線匯合后，用一回34.5 kV輸電線路送至附近110 kV變電站，并入奧爾金市電網(wǎng)。

以下簡要介紹右岸廠房的電氣一次設(shè)計(jì)。

3 電氣主接線及廠用電

右岸廠房共安裝4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，其中1號(hào)和2號(hào)機(jī)組額定容量1 223 kW，額定電壓6.3 kV；3號(hào)機(jī)組額定容量400 kW，額定電壓6.3 kV；4號(hào)機(jī)組額定容量50 kW，額定電壓0.22 kV(電站黑啟動(dòng)用)。根據(jù)右岸廠房裝機(jī)和出線情況,并結(jié)合運(yùn)行工況,擬定兩個(gè)電氣主接線方案進(jìn)行比較。

方案一：6.3 kV側(cè)采用單母線接線，廠用電源引自6.3 kV母線，4號(hào)機(jī)組接在廠用變壓器低壓側(cè)的0.22 kV母線上，34.5 kV側(cè)采用變壓器—線路組接線方式。

方案二：6.3 kV側(cè)為一機(jī)一變單元接線，廠用電源引自34.5 kV母線，0.22 kV的低壓機(jī)組接在廠用變壓器低壓側(cè)的0.22 kV母線上，34.5 kV側(cè)采用單母線接線方式。

從技術(shù)上看，兩個(gè)方案均能滿足安全發(fā)供電的需要。從經(jīng)濟(jì)上看，方案二比方案一設(shè)備投資明顯要多，不僅多出3個(gè)34.5 kV斷路器的投資，3臺(tái)主變壓器的總投資也比方案一的1臺(tái)主變壓器投資多，且占地面積大。從電網(wǎng)長期運(yùn)行情況看，事故大部分發(fā)生在輸電線路上，主變壓器的事故極少，3臺(tái)主變壓器雖然比1臺(tái)主變壓器運(yùn)行可靠性大，但不十分明顯。綜合比較技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性，推薦方案一為本電站電氣主接線。

廠用電供電范圍包括隧洞內(nèi)廠房和洞口出線架區(qū)域。為簡化接線，廠用電采用公用電和機(jī)組自用電混合供電方式。根據(jù)廠用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)結(jié)果，廠用電最大負(fù)荷容量為134.45 kW，采用綜合系數(shù)法，全廠廠用電負(fù)荷混合供電時(shí)的綜合系數(shù)取0.78，則最大計(jì)算負(fù)荷為104.87 kVA。由于廠用電負(fù)荷中最大的是20.7 kW的電動(dòng)機(jī)，因此本電站右岸廠房采用220/127 V三相五線低壓供電系統(tǒng)。設(shè)干式廠用變壓器1臺(tái)，容量選用125 kVA，電源引自主變壓器低壓側(cè)的6.3 kV母線。

4 主要電氣設(shè)備選擇

(1)短路電流計(jì)算。根據(jù)古巴電力部門提供的資料，系統(tǒng)送至瑪雅里大壩下游側(cè)34.5 kV變電站34.5 kV母線側(cè)的三相短路電流為4.883 kA(基準(zhǔn)電壓34.5 kV)，即短路容量S″xt為291.778 8 MVA。按運(yùn)算曲線法進(jìn)行三相短路電流計(jì)算(見圖1)。

圖1 短路電流計(jì)算接線示意

右岸廠房各短路點(diǎn)短路電流計(jì)算結(jié)果主要數(shù)據(jù)如下所示(見表1)。

(2)主要電氣設(shè)備的選擇。由于瑪雅里水電站右岸廠房建在攔河壩的右岸山體內(nèi)，業(yè)主要求隧洞內(nèi)盡量減少開挖，設(shè)備總體布置要緊湊。因此，廠房內(nèi)主要電氣設(shè)備除發(fā)電機(jī)外均采用了柜體的形式，主要電氣設(shè)備選擇如下：

①水輪發(fā)電機(jī)。1號(hào)和2號(hào)發(fā)電機(jī)采用SFWE—W1223—10/1430型臥式機(jī)組，額定容量1 223 kW，額定電壓6.3 kV，額定轉(zhuǎn)速720 r/min。3號(hào)發(fā)電機(jī)采用SF400—8/990型立式機(jī)組，額定容量400 kW，額定電壓6.3 kV，額定轉(zhuǎn)速900 r/min。4號(hào)發(fā)電機(jī)采用SF50—8/493型立式機(jī)組，額定容量50 kW，額定電壓0.22 kV，額定轉(zhuǎn)速900 r/min。4臺(tái)機(jī)組的額定頻率均為60 Hz，功率因數(shù)均為0.80(滯后)，全部采用無刷勵(lì)磁方式。

② 主變壓器。主變壓器選用SC10—4000/34.5型帶外殼戶內(nèi)干式變壓器，額定容量4 000 kVA， 電壓比為34.5±2×2.5% kV/6.3 kV，額定頻率60 Hz，接線組別為YNd1，阻抗電壓百分比為8%，采用自然冷卻方式。

表1 右岸廠房各短路點(diǎn)短路電流計(jì)算

③主變壓器高壓側(cè)34.5 kV斷路器。34.5 kV斷路器采用HD4—40.5型手車式六氟化硫斷路器，額定電壓40.5 kV，額定電流1 250 A，額定頻率60 Hz，額定短路開斷電流和短時(shí)耐受電流為25 kA，額定峰值耐受電流和短路關(guān)合電流為63 kA，額定短路持續(xù)時(shí)間為3 s。

④6.3 kV斷路器。6.3 kV斷路器采用FP1231B型手車式六氟化硫斷路器，額定電壓12 kV，額定電流630 A，額定頻率60 Hz，額定短路開斷電流和短時(shí)耐受電流為31.5 kA，額定峰值耐受電流和短路關(guān)合電流為80 kA，額定短路持續(xù)時(shí)間為3 s。

⑤0.22 kV發(fā)電機(jī)出口斷路器。0.22 kV發(fā)電機(jī)出口斷路器采用MVS06N型空氣開關(guān)，額定電壓0.22 kV，殼架等級(jí)額定電流630 A，額定電流300 A，額定頻率60 Hz，額定運(yùn)行極限分?jǐn)嗄芰投搪贩謹(jǐn)嗄芰鶠?0 kA，1 s額定短時(shí)耐受電流35 kA。

上述斷路器與其他電氣設(shè)備一起采用成套開關(guān)柜的形式，布置在廠房內(nèi)，其中0.22 kV發(fā)電機(jī)出口斷路器和二次控制保護(hù)等設(shè)備合并成1面屏。此外，在隧洞外出線架區(qū)域還配備了1套34.5 kV設(shè)備，包括1組跌落式熔斷器、1臺(tái)帶自動(dòng)重合閘功能的六氟化硫斷路器、1組隔離開關(guān)和1組氧化鋅避雷器，這些設(shè)備均采用敞開布置的形式。

5 過電壓保護(hù)和接地

為防止雷電直擊于電氣設(shè)備上，在右岸廠房的戶外出線架場地內(nèi)裝設(shè)了2根3.25 m的構(gòu)架避雷針，針頂離地11.796 m，以保護(hù)戶外配電裝置。為防止雷電侵入波及操作過電壓損壞電氣設(shè)備，在34.5 kV出線側(cè)、34.5 kV電壓互感器柜、6.3 kV母線和0.22 kV各級(jí)配電柜母線裝設(shè)了金屬氧化鋅避雷器或浪涌保護(hù)器進(jìn)行保護(hù)。

古巴的34.5kV電網(wǎng)為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)。本電站右岸廠房34.5、6.3 kV及0.22 kV電力設(shè)備共用1個(gè)接地裝置，要求總接地電阻不超過1 Ω。接地裝置在充分利用電站地下、水下鋼結(jié)構(gòu)作為自然接地體的基礎(chǔ)上，在戶外尾水洞出口附近敷設(shè)以水平接地體為主的人工接地網(wǎng)(公用接地網(wǎng))。整個(gè)接地網(wǎng)由洞內(nèi)廠房接地網(wǎng)、34.5 kV出線架場地接地網(wǎng)和公用接地網(wǎng)等組成，各接地網(wǎng)之間用2根95mm2裸銅絞線連接，接地網(wǎng)主干線均采用95 mm2裸銅絞線，至設(shè)備分支線采用70 mm2裸銅絞線，垂直接地體采用φ20銅包鋼接地棒。

6 照明及電纜橋架

由于右岸廠房位于山體內(nèi)，業(yè)主對照明要求較高，照明系統(tǒng)由工作照明和事故照明組成。工作照明采用220 V/127 V(60 Hz)三相五線制，電源來自交流廠用電，當(dāng)發(fā)生事故交流電源消失時(shí)，事故照明燈自動(dòng)切換到直流電源上。右岸廠房全部采用LED照明燈具。

電纜橋架全部采用合金塑料(PVC)托盤的形式，立柱和托臂采用鍍鋅鋼制作。合金塑料電纜橋架主要特點(diǎn)：高強(qiáng)度、耐腐蝕、重量輕、易安裝、不導(dǎo)電、阻燃強(qiáng)、外觀美和壽命長等。

7 結(jié) 語

瑪雅里水電站右岸廠房布置在山體隧洞內(nèi)，由于受地理環(huán)境的限制，對電氣主接線方案的確定、電氣設(shè)備的選型及布置有一定的要求。另外，該廠房采用了銅接地體、LED照明燈和PVC電纜橋架等目前國內(nèi)外較先進(jìn)的電氣材料，對類似的電站電氣設(shè)計(jì)有借鑒作用。

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責(zé)任編輯 吳 昊

2015-06-01

袁文娟(1985-)，女，助理工程師，主要從事水電站電氣一次設(shè)計(jì)工作。 E_mail: wjyang@hrcshp.org