李璟延，吳 強(qiáng)

（國網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100761）

1 概述

目前，抽水蓄能電站均存在建設(shè)規(guī)模大，廠用電負(fù)荷多，容量大，且布置分散的狀況，供電距離最遠(yuǎn)達(dá)4～5kg，為了縮短低壓配電距離、減少電壓損失、提高供電可靠性，一般多按不同區(qū)域不同特性負(fù)荷性質(zhì)分別設(shè)置低壓配電系統(tǒng)[3-4]。針對抽水蓄能電站特點(diǎn)分別配置多個(gè)獨(dú)立低壓供電點(diǎn)，如廠自用、主廠房公用、主變洞公用、檢修、排風(fēng)豎井、保安、上庫、繼保樓、下庫進(jìn)出水口、下庫大壩、業(yè)主營地、下庫管理用房、上庫管理用房、上下庫連接公路等。

抽水蓄能電站施工工期長，多為70～80個(gè)月左右，施工設(shè)施布置較為分散，用電負(fù)荷大，場內(nèi)外供電設(shè)施較為復(fù)雜，為確保工期順利進(jìn)展，必須對施工用電負(fù)荷、主要施工供電設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃?？紤]到有些施工負(fù)荷區(qū)將會(huì)成為永久的生產(chǎn)負(fù)荷區(qū)，因此有必要將兩者結(jié)合起來統(tǒng)一設(shè)計(jì)規(guī)劃，采取必要措施，減少重復(fù)投資，提高電站供電設(shè)施利用效率和建設(shè)經(jīng)濟(jì)效益。

2 廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

抽水蓄能電站廠房主要用電設(shè)備布置在地下洞室，廠房內(nèi)通風(fēng)空調(diào)、供排水、消防、照明等廠用電負(fù)荷較常規(guī)水電站大，按照設(shè)計(jì)常規(guī)其地面建筑如上庫、下庫、開關(guān)站、中控樓等生產(chǎn)用電均取自廠用電系統(tǒng)[5-7]。因此要求廠用電源有較高的供電可靠性和靈活性，以確保電站安全可靠運(yùn)行。

根據(jù)規(guī)程規(guī)定[1-2]，廠用電源設(shè)置需滿足：當(dāng)全廠機(jī)組運(yùn)行時(shí)，有3個(gè)廠用電源；當(dāng)部分機(jī)組運(yùn)行時(shí)，至少有2個(gè)廠用電源；當(dāng)全廠停機(jī)時(shí)，保證有2個(gè)廠用電源；當(dāng)?shù)谝慌_機(jī)組投運(yùn)時(shí)，有2個(gè)廠用電源。目前抽水蓄能電站常規(guī)的電源有四種，分別是：從發(fā)電電動(dòng)機(jī)出口引接一臺廠用電變壓器；從500kV系統(tǒng)倒送廠用電；從地區(qū)電網(wǎng)引接一回備用電源；此外，可設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)或逆變電源裝置做應(yīng)急電源。

廠用電輸送容量大，輸送距離遠(yuǎn)，供電范圍廣。為保證安全、經(jīng)濟(jì)供電和提高電能質(zhì)量，一般多采用二級廠用電壓供電方式。根據(jù)電站用電負(fù)荷性質(zhì)及輸電距離，宜選用10kV和400V兩級電壓供電。

廠用電是永久性用電電源，高壓廠用電分段接線；低壓廠用電接線，應(yīng)按不同地區(qū)不同負(fù)荷特性分別設(shè)置獨(dú)立的低壓配電系統(tǒng)。一般低壓配電系統(tǒng)包括全廠供用電、機(jī)組自用電、主變洞、保安、檢修、上庫進(jìn)出水口、開關(guān)站、下庫進(jìn)出水口、業(yè)主營地、中控樓、導(dǎo)流泄放洞、引水調(diào)壓井等獨(dú)立低壓配電系統(tǒng)。

此外，廠用電系統(tǒng)需要根據(jù)廠用電負(fù)荷計(jì)算量來確定高壓廠用變壓器的容量和形式。柴油發(fā)電機(jī)是抽水蓄能電站應(yīng)急電源，其容量需要結(jié)合電站應(yīng)急負(fù)荷具體要求確定。

廠用電負(fù)荷按重要性可分為三類，Ⅰ類負(fù)荷停止供電，將使電站不能正常運(yùn)行，允許中斷供電的時(shí)間根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)為自動(dòng)或人工切換電源時(shí)間；Ⅱ類負(fù)荷短時(shí)停止供電不會(huì)影響電站正常運(yùn)行，允許中斷供電的時(shí)間為人工切換操作或緊急修復(fù)時(shí)間；Ⅲ類負(fù)荷允許較長時(shí)間停電而不會(huì)影響電站正常運(yùn)行。

廠用電最大負(fù)荷需按照各種運(yùn)行方式分別進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)，如全部機(jī)組運(yùn)行時(shí)，或部分機(jī)組大修，其余機(jī)組運(yùn)行（包括調(diào)相時(shí)）時(shí)。廠用電最大負(fù)荷計(jì)算應(yīng)考慮的因素包括：經(jīng)常連續(xù)及經(jīng)常短路運(yùn)行的負(fù)荷；對于經(jīng)常斷續(xù)運(yùn)行的負(fù)荷，計(jì)算式應(yīng)考慮同時(shí)率；對不經(jīng)常連續(xù)及不經(jīng)常短時(shí)運(yùn)行的負(fù)荷，計(jì)算式應(yīng)考慮設(shè)備組合運(yùn)行情況；對不經(jīng)常連續(xù)運(yùn)行的負(fù)荷，僅需計(jì)入機(jī)組檢修時(shí)經(jīng)常使用的負(fù)荷；對互為備用的電動(dòng)機(jī)，只計(jì)算參加運(yùn)行的部分；當(dāng)由不同電源供電時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算該電源的最大負(fù)荷。

以某抽水蓄能電站廠用電最大負(fù)荷統(tǒng)計(jì)為例，如表1所示。

表1 廠用電最大負(fù)荷統(tǒng)計(jì)Tab.1 The maximum load statistics of plant power supplg

由表1得出各系統(tǒng)最大負(fù)荷總計(jì)為8243kW，根據(jù)廠用電系統(tǒng)分別按照負(fù)荷統(tǒng)計(jì)法和綜合系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，取最大值作為廠用變壓器容量。

綜合系數(shù)法計(jì)算：

其中K0為廠用電負(fù)荷綜合系數(shù)，取值為0.75～0.78。

負(fù)荷統(tǒng)計(jì)法計(jì)算：

其中KV為廠用電系統(tǒng)網(wǎng)損率，取1.05；Kfg為全廠公用電負(fù)荷率，取0.72～0.74；Ktg為全廠公用電同時(shí)率，取0.73。

經(jīng)兩種方法計(jì)算，比較得廠用變壓器最大容量為：Sjstotal=6182kVA。此時(shí)可選廠用高壓變壓器容量為6300kVA。

廠用電宜設(shè)置成與電源數(shù)量相匹配的分段母線，以某電站分段母線為例，四段母線間相互環(huán)形連接，確保每段母線有3個(gè)及以上供電電源，保證10kV母線供電可靠性，見圖1。

圖1 廠用電接線示意圖Fig．1 The plant power supply diagram

3 施工供電設(shè)計(jì)

施工供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要結(jié)合電站所屬電網(wǎng)電源情況，以及工程樞紐布置、場內(nèi)外交通和施工場地條件等綜合考慮。為便于抽水蓄能電站施工期管理，施工工廠及臨時(shí)設(shè)施布置一般多采用分區(qū)與相對集中相結(jié)合的布置方案，分成上庫工程區(qū)和下庫工程區(qū)兩大施工區(qū)域進(jìn)行綜合規(guī)劃。

工程供電規(guī)劃設(shè)計(jì)需要密切跟蹤施工進(jìn)度安排開展，根據(jù)施工進(jìn)度主關(guān)鍵線路節(jié)點(diǎn)，計(jì)算抽水蓄能電站工程年度高峰負(fù)荷和工程年度用電量，綜合確定施工用電負(fù)荷。以某電站工程年高峰負(fù)荷和年度用電量估算為例，見圖2。

圖2 某電站年高峰負(fù)荷和年度用電量Fig．2 Annual peak load and annual electricity consumption of a power station

由圖2可知，采用需要系數(shù)法估算高峰用電時(shí)，該抽水蓄能工程施工用電設(shè)備額定功率合計(jì)約25700kW；采用負(fù)荷曲線法計(jì)算，施工期高峰用電發(fā)生在第4年，工程年度高峰用電負(fù)荷約6300kW，工程總用電量約為9676.2萬kWh。根據(jù)兩種高峰用電負(fù)荷計(jì)算結(jié)果和工程實(shí)際情況，可以確定工程施工期高峰用電負(fù)荷為6500kW。該工程施工用電負(fù)荷主要集中在上庫施工區(qū)、下庫施工區(qū)以及地下工程區(qū)，其用電高峰負(fù)荷分別為：2500、3000、3500kW。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，抽水蓄能工程施工現(xiàn)場Ⅰ類負(fù)荷主要包括井、洞內(nèi)照明、排水、通風(fēng)及基坑內(nèi)排水，汛期防洪、泄洪設(shè)施等。單一電源無法保證連續(xù)供電，因此，施工期負(fù)荷宜采用環(huán)形網(wǎng)或雙回路供電布置。

施工供電電源選擇應(yīng)結(jié)合工程所在地區(qū)電網(wǎng)供應(yīng)狀況和工程施工特點(diǎn)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。詳細(xì)調(diào)查工程所在地的供電條件，如果是35kV變電站，最好接兩回線路供電，以保證供電可靠性。如果是從110kV變電站引接電源，由于供電可靠性隨電壓等級一同升高，條件有限時(shí)，可以引接一路電源進(jìn)入施工變電站。

根據(jù)規(guī)程要求，對工地因停電可能造成人身傷亡或設(shè)備事故，引起國家財(cái)產(chǎn)嚴(yán)重?fù)p失的Ⅰ類負(fù)荷必須保證連續(xù)供電，需設(shè)置兩個(gè)以上電源；若單電源供電，必須另設(shè)置備用電源。為保證抽水蓄能電站施工供電可靠，在各分區(qū)涉及重要負(fù)荷的有關(guān)變電站還需設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源，以實(shí)現(xiàn)雙電源供電。

施工供電容量的選擇應(yīng)滿足施工生產(chǎn)、生活用電高峰負(fù)荷需要。當(dāng)工程附近電網(wǎng)容量滿足要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先利用電網(wǎng)供電；其次必須緊密結(jié)合施工年度高峰負(fù)荷估計(jì)量選取，確保所需變壓器投資合理可靠。

場內(nèi)供電施工變電站至各分區(qū)的施工供電線路宜采用輻射式出線。根據(jù)施工區(qū)域劃分及劃分后各分區(qū)的用電負(fù)荷確定輸電線路回路數(shù)及線徑。當(dāng)單回線路上負(fù)荷小于2000kW時(shí)，同方向用戶可在同線路上“T”接。當(dāng)上/下庫區(qū)施工范圍較大或施工用電負(fù)荷較大時(shí)，可分別采用兩回線路供電。地下廠房及地下輸水系統(tǒng)等地下工程施工區(qū)應(yīng)采用兩回線路供電。當(dāng)受電源條件限制無法滿足兩回線路供電時(shí)，宜采用自備電源，以確保供電安全。當(dāng)施工工廠和施工營地集中布置時(shí)，宜分別供電。若混合供電，則應(yīng)在400V側(cè)的出線回路上分開配置。

當(dāng)前，施工用電線路多采用架空線路。線路的路徑、走向和施工變的位置應(yīng)避開施工開挖危險(xiǎn)區(qū)和永久建筑物，并滿足地區(qū)防雷要求。場內(nèi)外施工供電必須有合理的建設(shè)時(shí)序規(guī)劃。場內(nèi)線路規(guī)劃區(qū)域廣、線路長、線路路徑常穿越山區(qū)地形。因此，為保證主體工程承包商進(jìn)場后順利開工，施工供電場內(nèi)外的供電設(shè)施建設(shè)宜安排在籌建期內(nèi)開工。各分區(qū)及其之后的供電設(shè)施均應(yīng)在主體工程承包人進(jìn)點(diǎn)后再施工。

4 永臨結(jié)合方案

施工用電系統(tǒng)是階段性供電系統(tǒng)，其規(guī)劃建設(shè)與電站施工期的進(jìn)展需求緊密相關(guān)，生命期隨著電站建設(shè)完成轉(zhuǎn)入運(yùn)行而終止。抽水蓄能電站施工供電系統(tǒng)初始多是按照臨時(shí)性設(shè)施建設(shè)的，本身耐用性、可靠性有限；再加上抽水蓄能電站建設(shè)周期長，到轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)許多施工期供電電源和供電線路也已經(jīng)到了使用壽命終點(diǎn)，沒有繼續(xù)保留的可能性，大多被拆除廢棄。

電站運(yùn)行中廠用電系統(tǒng)在用電負(fù)荷區(qū)域，輸電線路、供電電源等許多方面與施工供電系統(tǒng)存在一定的重疊性。因此合理規(guī)劃建設(shè)施工供電系統(tǒng)，使某些臨時(shí)性的施工供電設(shè)置變成永久性建設(shè)，可以起到良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4.1 施工供電電源及保安電源的永臨設(shè)計(jì)

施工期供電系統(tǒng)永臨結(jié)合設(shè)計(jì)建設(shè)需要考慮的第一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，就是施工供電電源的永臨設(shè)計(jì)。若當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)可以作為電站永久備用電源時(shí)，施工電源容量宜結(jié)合永久備用電源負(fù)荷配置并建設(shè)。此時(shí)采購的施工變電站電壓器容量須有一定的運(yùn)行裕度。此時(shí)施工變電站的控制系統(tǒng)也應(yīng)留有電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集接口，以便在條件成熟時(shí)，接入電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

以某抽水蓄能電站35kV施工變電站為例，當(dāng)電站全部機(jī)組投運(yùn)后，各施工點(diǎn)臨時(shí)用電負(fù)荷已拆除，施工變電站不再需要為施工點(diǎn)提供電源。因此，廠用電備用電源可以從施工變電站變壓器低壓側(cè)引接。施工變電站永臨結(jié)合改造可以考慮：方案一：保留35kV進(jìn)線電源，拆除所有35kV變電站設(shè)備；方案二：除10kV系統(tǒng)拆除外，其余設(shè)備全部保留；方案三：保留35kV變電站所有設(shè)備，并對施工變電站10kV開關(guān)設(shè)備進(jìn)行改造。三種方案需要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，最終接線簡單、清晰、可靠和靈活的方案二具有優(yōu)勢。方案二中電站永久運(yùn)行期廠用電10kV供電系統(tǒng)已考慮在施工變電站附近設(shè)置兩段10kV母線，為業(yè)主營地綜合辦公樓供電，并在每段母線預(yù)留2～3個(gè)備用回路，滿足后期電站遠(yuǎn)景發(fā)展負(fù)荷引接需要，保留變電站10kV母線意義不大。方案二較方案三拆除了10kV配電系統(tǒng)，后期運(yùn)行維護(hù)工作量減少，開關(guān)站永久占地面積小；方案二相比方案一，保留了35kV變電設(shè)備，可節(jié)省設(shè)備投資約160萬元。

柴油發(fā)電機(jī)常常被選作電站保安電源，運(yùn)行期配置在開關(guān)站旁邊，作為永久建筑建設(shè)柴油發(fā)電機(jī)房。某抽水蓄能電站因下庫有泄洪安保要求，故需要在施工期采購柴油發(fā)電機(jī)做備用電源；其容量可以滿足運(yùn)行期保安負(fù)荷要求，則可放置在柴油發(fā)電機(jī)房，做運(yùn)行期的事故保安電源使用。以某抽水蓄能電站為例，因?yàn)闃I(yè)主營地外接電源施工進(jìn)度遲緩，故需單獨(dú)購置滿足保安負(fù)荷容量需要的柴油發(fā)電機(jī)，該柴油發(fā)電機(jī)在施工期用作業(yè)主營地建設(shè)電源，轉(zhuǎn)運(yùn)行后放置柴油發(fā)電機(jī)房，可用作電站地下廠房事故保安電源。這兩個(gè)電站施工期在柴油發(fā)電機(jī)配置方面的考慮，為后續(xù)其他抽水蓄能電站施工期供電永臨結(jié)合提供了有益參考。

4.2 施工期供電線路的永臨設(shè)計(jì)

電網(wǎng)供電時(shí)，需從電網(wǎng)的發(fā)電廠或樞紐變電所架設(shè)10～110kV專用線路至工地，為抽水蓄能電站提供網(wǎng)測電源。當(dāng)該專用線路的電壓為10kV時(shí)，宜在工地興建10kV開閉所，向工地生產(chǎn)、生活供電；當(dāng)專用網(wǎng)源線的電壓為35～110kV時(shí)，需在工地興建35～110kV/10kV變電站，向生產(chǎn)、生活各用戶供電。當(dāng)電站施工期線路具備轉(zhuǎn)運(yùn)行后可以繼續(xù)利用，則適宜做永久線路設(shè)計(jì)建設(shè)。

場內(nèi)供電線路規(guī)劃以招標(biāo)階段施工總布置分區(qū)為基礎(chǔ)，分析主要供電分區(qū)，并結(jié)合各分區(qū)負(fù)荷情況及場內(nèi)地形條件，對施工期場內(nèi)供電線路進(jìn)行規(guī)劃。上、下庫供電主要是為滿足上庫事故閘門用電、控制需要，上、下庫10kV工作電源和控制信號傳輸宜配置兩回相互獨(dú)立的通道，兩回電源互為備用，確保電源可靠安全。根據(jù)具體的線路走廊狀況、永臨結(jié)合可以考慮三種方案。方案一：兩回10kV電纜線路；方案二：一回10kV電纜線路，一回10kV架空線路；方案三：兩回架空線路。

以某抽水蓄能電站為例，采用方案一兩回電纜供電方案，一次性設(shè)備投資最高，但考慮到架空線路20年的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，兩者投資差價(jià)有所降低。在電纜供電方案中，電纜布置在電纜溝內(nèi)，受自然災(zāi)害影響小、供電可靠性高、維護(hù)工作量小、對施工用電干擾小，電纜溝采用地下暗敷，工程區(qū)美觀整潔。綜合考慮，最后選取兩回10kV電纜，采用公路電纜溝與爬坡電纜架結(jié)合敷設(shè)。此方案較全程兩回公路電纜溝敷設(shè)可節(jié)約100萬元，且供電距離短，供電質(zhì)量好。

4.3 施工變電站的永臨設(shè)計(jì)

施工變電站永臨結(jié)合設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)，土建、采暖通風(fēng)、照明、消防、防雷等均應(yīng)按照永久設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)宜與電站整體消防系統(tǒng)結(jié)合起來，在施工期留有與電站消防報(bào)警系統(tǒng)的接口。

施工變電站位置選擇應(yīng)根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)要求，基于接近施工用電負(fù)荷中心或配電中心、便于各級電壓線路引進(jìn)和引出、減少施工干擾、避免地質(zhì)災(zāi)害和洪水的影響、節(jié)約用地等的原則，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

5 結(jié)束語

抽水蓄能電站廠用電系統(tǒng)與施工供電系統(tǒng)永臨結(jié)合方案，主要應(yīng)關(guān)注永久運(yùn)行期上、下庫供電線路引接方式選擇，廠用電系統(tǒng)外來電源引接方式選擇，業(yè)主營地供電方式選擇等。在施工期供電工程招標(biāo)前，需要對施工供電接線方案、線路配置等提出必要的設(shè)計(jì)要求，經(jīng)綜合比較論證，盡可能保證永臨結(jié)合、節(jié)省投資，提高工程供電設(shè)施利用效率。同時(shí)為保證供電設(shè)備設(shè)施在永久運(yùn)行時(shí)的安全可靠，電站建設(shè)期應(yīng)重視永臨結(jié)合設(shè)備的使用、運(yùn)行、維護(hù)、保養(yǎng)和管理。

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