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        若羌河水庫工程壩區(qū)供電設(shè)備的選擇

        2021-05-01 14:10:16於文匯
        水電站機(jī)電技術(shù) 2021年4期
        關(guān)鍵詞:壩區(qū)導(dǎo)流洞校驗(yàn)

        於文匯

        (新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,新疆 烏魯木齊 830000)

        1 工程概況

        若羌河水庫工程位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州若羌縣境內(nèi)的若羌河上,是若羌河唯一的控制性工程,是一座以防洪、灌溉、工業(yè)供水為主,兼顧發(fā)電任務(wù)的樞紐工程。裝機(jī)容量為2×1.0 MW+0.6 MW,年利用小時(shí)數(shù)為3 908 h,年平均發(fā)電量為1 016萬kW·h。

        2 電氣主接線

        本工程發(fā)電機(jī)—變壓器側(cè)接線方式采用擴(kuò)大單元+單元接線,發(fā)電機(jī)出口電壓為6.3 kV;兩臺主變高壓側(cè)接線方式為單母線接線,電壓等級為35 kV,2回進(jìn)線,1回出線。為保證壩區(qū)供電可靠性,在聯(lián)合進(jìn)水口處設(shè)一臺箱式變電站,箱變電源分別取自廠房擴(kuò)大單元和單元接線6.3 kV母線,在兩段進(jìn)線之間設(shè)置備自投裝置;同時(shí)在箱變附近設(shè)置1臺柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源,接入箱變低壓側(cè)母線。

        3 壩區(qū)用電負(fù)荷

        根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)及采暖通風(fēng)專業(yè)提供資料,壩區(qū)用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)見表1。

        其中,泄洪兼導(dǎo)流洞弧形工作閘門和灌溉引水發(fā)電洞進(jìn)口平面事故閘門有同時(shí)動(dòng)作的可能性。根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》3.1.4的要求“具有防洪功能的泄水和水閘系統(tǒng)工作閘門的啟閉機(jī)應(yīng)設(shè)置備用電源”,本工程表孔溢洪道弧形工作閘門及泄洪兼導(dǎo)流洞弧形工作閘門為具有防洪功能的工作閘門,需設(shè)置備用電源。

        表1 壩區(qū)用電負(fù)荷表

        4 箱式變電站的選擇

        4.1 計(jì)算過程

        最大負(fù)荷為泄洪兼導(dǎo)流洞平面事故閘門(100 kW)與灌溉引水發(fā)電洞進(jìn)口平面事故閘門(30 kW)同時(shí)運(yùn)行,照明負(fù)荷取30 kW。變壓器的計(jì)算容量為:

        K1:動(dòng)力負(fù)荷換算系數(shù),同時(shí)率取1,K1取1.25;

        ∑P1:所有動(dòng)力負(fù)荷之和(kW),取130 kW;

        ∑PZ:電熱及照明負(fù)荷之和(kW),取30 kW;

        最終計(jì)算得:S≥1.25×130+30=192.5

        因此,變壓器的容量初步選為200 kVA。

        4.2 變壓器校驗(yàn)

        取最大一臺電機(jī),即泄洪兼導(dǎo)流洞平面事故閘門(100 kW),該電機(jī)為變頻啟動(dòng),啟動(dòng)電流倍數(shù)取2,功率因數(shù)取0.8。箱變至電機(jī)的電纜型號為ZRYJV-0.6/1-3×120+1×70。

        (1)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的母線電壓為:

        式中:Um*—啟動(dòng)時(shí)母線電壓(標(biāo)幺值);

        uZ—變壓器阻抗電壓;

        Pnd—電動(dòng)機(jī)的額定容量,kW;

        Und—電動(dòng)機(jī)的額定電壓,kV;

        Idb—電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流,A;

        Snb—變壓器的額定容量,kVA;

        最終計(jì)算得:Um*=0.95,壓降為5%,小于10%,滿足要求。

        (2)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的端電壓為:

        式中:Ud*—電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)端電壓(標(biāo)幺值);

        r1、x1—導(dǎo)線單位長度的電阻、電抗,mΩ/m;

        L—導(dǎo)線長度,m;

        最終計(jì)算得:Ud*=0.927,壓降為7.3%,小于10%,滿足要求。

        綜上所述,變壓器容量為200 kVA,滿足要求。變壓器的型號確定為SC13-200/6.3,聯(lián)接組別為Dyn11,變比為6.3±2×2.5%/0.4 kV。

        5 柴油發(fā)電機(jī)的選擇

        根據(jù)負(fù)荷點(diǎn)位置及荷載分析,壩區(qū)設(shè)置1臺柴油發(fā)電機(jī)組。

        水利樞紐壩上泄洪閘門啟閉機(jī)屬于不經(jīng)常斷續(xù)負(fù)荷,啟動(dòng)時(shí)間較短,表孔溢洪道弧形工作閘門(50 kW)、泄洪兼導(dǎo)流洞弧形工作閘門(100 kW)兩處起泄洪作用的工作閘門可根據(jù)泄洪要求順序啟動(dòng),不會存在同時(shí)運(yùn)行的工況,故選擇柴油發(fā)電機(jī)容量時(shí)可以分階段統(tǒng)計(jì),選取最大值進(jìn)行計(jì)算。因此選取泄洪兼導(dǎo)流洞工作閘門運(yùn)行時(shí)工況進(jìn)行計(jì)算。

        5.1 計(jì)算過程

        泄洪兼導(dǎo)流洞工作閘門電動(dòng)機(jī)功率為100 kW,并考慮一定的各閘門控制、照明及日常功率。泄洪兼導(dǎo)流洞工作閘門的電動(dòng)機(jī)采用變頻啟動(dòng),啟動(dòng)電流取額定電流的2倍。

        (1)柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)具備長期連續(xù)帶負(fù)荷運(yùn)行的要求,即SG1≥SJC1。

        式中:SJC1—計(jì)算負(fù)荷,kVA;

        PΣ—可能同時(shí)運(yùn)行的負(fù)荷,本工程計(jì)算時(shí)中孔泄洪洞負(fù)荷按100 kW,控制負(fù)荷按5 kW,照明及日常負(fù)荷按20 kW計(jì);

        ηΣ—計(jì)算負(fù)荷的效率,可取0.82;

        cosφ—計(jì)算負(fù)荷的功率因數(shù),可取0.80;

        (2)由于電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中有較大的沖擊電流,柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)具備在帶負(fù)荷運(yùn)行情況下,能夠啟動(dòng)其他電機(jī),因此按照啟動(dòng)容量最大的電動(dòng)機(jī)工況計(jì)算:

        式中:SG2—容量最大的電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件計(jì)算發(fā)電機(jī)容量,kVA;

        Pm—啟動(dòng)容量最大的電動(dòng)機(jī)的額定功率,本工程為100 kW;

        cosφm—電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)功率因數(shù),取0.40;

        ηdcosφd—電動(dòng)機(jī)的額定效率和額定功率因數(shù)乘積,簡化計(jì)算時(shí)取0.80;

        cosφG—發(fā)電機(jī)的功率因數(shù),取0.80;

        Kdq—電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流倍數(shù);

        C—電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式系數(shù),本工程為全壓啟動(dòng),取1.0;

        (3)柴油發(fā)電機(jī)組在帶負(fù)荷情況下啟動(dòng)容量最大的電動(dòng)機(jī)時(shí),應(yīng)具備短時(shí)過負(fù)荷能力,即在熱狀態(tài)下承受1.5倍發(fā)電機(jī)額定容量的時(shí)間≥0.5 min,根據(jù)NB/T 35044-2014《水力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)規(guī)程》公式F2.3:

        式中:SG3—發(fā)電機(jī)的額定容量,kVA;

        K—換算系數(shù),取0.8;

        Pdm—啟動(dòng)容量最大的單臺電動(dòng)機(jī)的額定功率,kW;

        Kdq—電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流倍數(shù)。

        為滿足以上3種工況,從上述計(jì)算結(jié)果中選取最大值,即柴油發(fā)電機(jī)容量需大于240.36 kVA(考慮功率因數(shù)0.8,折合功率為192.29 kW)。柴油發(fā)電機(jī)容量初步選擇SG1=250 kW。

        5.2 柴油發(fā)電機(jī)組容量校驗(yàn)及復(fù)核

        (1)柴油發(fā)電機(jī)空載啟動(dòng)容量最大的電動(dòng)機(jī)時(shí),母線側(cè)電壓會有所降低,但不應(yīng)低于0.75倍額定電壓,根據(jù)NB/T 35044-2014《水力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)規(guī)程》公式F3.1,發(fā)電機(jī)容量校驗(yàn)如下:

        式中:SG4—發(fā)電機(jī)空載啟動(dòng)最大單容量電動(dòng)機(jī)時(shí),發(fā)電機(jī)母線允許電壓降校驗(yàn)發(fā)電機(jī)容量,kVA;

        Pdm—容量最大的電動(dòng)機(jī)容量,kW;本工程為100 kW;

        Kdq—電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流倍數(shù)。—發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)電抗,通常取0.25;

        ΔE—母線允許的瞬時(shí)電壓降,通常取0.25;

        經(jīng)校驗(yàn),SG1≥SG4,因此250 kW柴油發(fā)電機(jī)滿足要求。

        (2)柴油發(fā)電機(jī)的實(shí)際輸出還需根據(jù)使用地點(diǎn)的環(huán)境條件進(jìn)行復(fù)核。本工程柴油發(fā)電機(jī)組布置在海拔高度為1 642 m的戶外,自帶箱體,箱體內(nèi)設(shè)置有加熱器來保證冬季環(huán)境溫度。經(jīng)過與廠家進(jìn)行溝通,基本確定柴油發(fā)電機(jī)在環(huán)境溫度45 ℃、相對濕度60%、海拔高度1 500~2 000 m時(shí),發(fā)電機(jī)輸出功率折損系數(shù)約為0.9。計(jì)算的250 kW柴油發(fā)電機(jī)組的輸出功率為225 kW,大于192.29 kW(240.36 kVA),滿足環(huán)境條件對其輸出功率的影響。

        綜上所述,本工程壩區(qū)選取一臺容量為250 kW的柴油發(fā)電機(jī)組可滿足本工程壩區(qū)運(yùn)行工況。

        6 結(jié)語

        對于變壓器的選擇來說,因壩區(qū)各設(shè)備距離較遠(yuǎn),應(yīng)當(dāng)注意校驗(yàn)用電設(shè)備啟動(dòng)時(shí)的端電壓是否滿足電壓降要求。對于柴油發(fā)電機(jī)的選擇來說,應(yīng)當(dāng)考慮所選容量是否能在滿足長期連續(xù)運(yùn)行的前提條件下,同時(shí)能夠帶負(fù)荷啟動(dòng)最大單臺容量電動(dòng)機(jī)并具備短時(shí)過負(fù)荷能力,在校驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意空載啟動(dòng)最大單臺容量電動(dòng)機(jī)時(shí)的發(fā)電機(jī)母線電壓降是否滿足要求,還需注意使用環(huán)境對發(fā)電機(jī)輸出功率的影響。本工程根據(jù)上述計(jì)算及校驗(yàn),配置一臺容量為200 kVA的箱式變電站與一套容量為250 kW的柴油發(fā)電機(jī),即可滿足壩區(qū)各設(shè)備的供電可靠性。

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