王 兵，肖建倫，張慧媛

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司，貴陽 550002)

1 工程概況

雷公灘水電站位于蒙江干流下游貴州省黔南布依族苗族自治州羅甸縣境內(nèi)，水電站已于1997年建成發(fā)電，電站裝機(jī)2×4.2MW，保證出力2240kW(P=90%)，年利用小時數(shù)6190h，年發(fā)電量5200kW·h。但其水量利用系數(shù)較低，每年均有大量棄水發(fā)生，資源浪費較為嚴(yán)重。隨著上游雙河口電站梯級的建成投產(chǎn)，這種棄水浪費資源的現(xiàn)象更為嚴(yán)重。擴(kuò)機(jī)工程建成投產(chǎn)后，大大提高了蒙江水能資源的利用水平。因此在已建2×4.2MW電站的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)機(jī)很有必要，對擴(kuò)機(jī)容量進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，最后確定擴(kuò)機(jī)容量為20 MW。

2 接入電力系統(tǒng)方式

已建雷公灘水電站裝機(jī)2臺，容量為2×4.2MW，電站35kV出線接至1.5KM處110kV雷公灘變電站35kV母線側(cè)。雷公灘水電站擴(kuò)機(jī)工程擬建廠區(qū)位于原電站的河對岸。

雷公灘水電站擴(kuò)機(jī)工程的接入電力系統(tǒng)方式初步擬定為：電站擴(kuò)機(jī)工程以一回110kV線路接入110kV雷公灘變電站(業(yè)主自建，已投入運行)110 kV母線上，導(dǎo)線采用LGJ-120。

3 電氣主接線設(shè)計

3.1 主接線方案

根據(jù)雷公灘水電站原有裝機(jī)規(guī)模(2×4.2MW)、擴(kuò)機(jī)規(guī)模(1×20 MW)及初步擬定的接入系統(tǒng)方案，雷公灘水電站擴(kuò)機(jī)方案的電氣主接線為：發(fā)電機(jī)出口采用10.5kV電壓等級，發(fā)電機(jī)出口采用為單母線接線方式，升壓變選用一臺容量25MVA的雙線圈變壓器,高壓側(cè)電壓等級110kV，高壓側(cè)采用變壓器-線路組接線方式。

3.2 廠用電系統(tǒng)方案

本電站擴(kuò)機(jī)工程廠用電系統(tǒng)供電范圍包括公用設(shè)備、廠內(nèi)控制、檢修、照明及取水口閘門等負(fù)荷用電。廠用電采用10/0.4KV一級電壓配電,為保證供電質(zhì)量，設(shè)計方案考慮了兩回廠用電源，一回引自發(fā)電機(jī)出口10.5kV母線，另一回接至已建雷公灘電站一廠0.4KV廠用電側(cè)，雷公灘電站一廠廠用變壓器容量為315KVA,兩回廠用電源互為明備用。電站擴(kuò)機(jī)工程主要廠用電負(fù)荷見表1，根據(jù)下表廠用電用電負(fù)荷情況，廠用電計算負(fù)荷為254.67 KVA，故選用一臺SCB11-315KVA戶內(nèi)干式降壓變壓器作為電站廠用變壓器。

表1 廠區(qū)主要用電負(fù)荷統(tǒng)計表

4 主要電氣設(shè)備選擇

4.1 短路電流計算

根據(jù)擴(kuò)機(jī)電站接入系統(tǒng)方式,此設(shè)計階段以羅甸縣變電站220kV母線側(cè)為無窮大系統(tǒng)。電站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)阻抗圖如下圖1，計算結(jié)果見表2。

圖1 雷公灘水電站擴(kuò)機(jī)網(wǎng)絡(luò)阻抗圖

表2 短路電流計算結(jié)果

4.2 主要電氣設(shè)備選擇

根據(jù)短路電流計算結(jié)果以及本電站升壓站高壓配電裝置的布置方式選擇電氣設(shè)備，并能滿足正常運行、短路和過電壓等各種工況的要求[1]。初選主要電氣設(shè)備的參數(shù)如下：

1)水輪發(fā)電機(jī)：①型號：SF20-56/730；②額定出力：20MW；③額定電壓：10.5 kV；④額定電流：1293.82A；⑤功率因數(shù)：0.85；⑥額定頻率：50 Hz。

2)發(fā)電機(jī)電壓母線(共箱自冷式封閉母線)：①母線型式:BGF-10KV/2000A；②額定電壓:10.5KV；③額定電流:2000A；④冷卻方式:自冷式。

3) 發(fā)電機(jī)專用斷路器柜：①額定電壓：12 kV；②額定電流 ：2000A；③額定開斷電流：40kA；④直流分量百分比： ≥75%；⑤額定動穩(wěn)定電流：80 kA。

4)12kV高壓開關(guān)柜：①型號：KYN28-12；②臺數(shù)：5臺；③額定絕緣水平：42/75 kV；④防護(hù)等級： IP2X；⑤額定開斷電流：40kA；⑥直流分量百分比： >40%；⑦4S熱穩(wěn)定電流：40kA；⑧額定動穩(wěn)定電流：80 kA。

5)主變壓器1臺：①型式：SF11-25000/110；②額定容量：25000kVA；③電壓：121±2×2.5%/10.5kV；④結(jié)線組別：YN,d11；⑤調(diào)壓方式：無勵磁；⑥阻抗電壓：10.5%；⑦冷卻方式：風(fēng)冷。

6)廠用變：①型式：SCB11-315/10.5；②額定容量：315kVA；③電壓：10.5±2×2.5%/0.4kV；④結(jié)線組別：YN,d11；⑤調(diào)壓方式：無勵磁；⑥阻抗電壓：4%。

7)110KV斷路器(1臺)：①型式:LW46-126；②額定電壓：126KV；③額定電流：1250A；④額定開斷電流: 40KA。

8)110KV隔離開關(guān)-雙接地(2組)：①型式:GW4D-126(ⅡDW)；②額定電壓：126KV；③額定電流：630A；④額定開斷電流: 31.5KA。

9)110KV電流互感器(1組)：① 型式:LGB-110；②額定電流比:2×150/1A；③準(zhǔn)確級:5P20/5P20/5P20/0.2S。

5 過電壓保護(hù)及接地

5.1 直擊雷保護(hù)

擴(kuò)建電站110KV電氣設(shè)備采用獨立避雷針作直擊雷保護(hù)，保護(hù)主變壓器和110kV出線設(shè)備，并在廠房頂沿墻敷設(shè)避雷帶，以作廠房直擊雷的保護(hù)。

5.2 過電壓保護(hù)

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，擴(kuò)建電站在發(fā)電機(jī)出口、10.5kV母線以及主變的高壓側(cè)各裝設(shè)一組避雷器。并在110kV線路側(cè)配置一組氧化鋅避雷器，110kV架空輸電線路全線裝設(shè)避雷線。

5.3 接地

擴(kuò)建電站接地接入110kV系大電流接地系統(tǒng)。對不同用途和不同電壓的電氣設(shè)備的接地均使用一個統(tǒng)一的接地網(wǎng)，其總接地電阻值要求不大于2000/I歐。

1)主接地網(wǎng)

擴(kuò)建電站由廠房接地網(wǎng)、尾水渠接地網(wǎng)、大壩及雷公灘電站原廠接地網(wǎng)構(gòu)成主接地網(wǎng)，各接地網(wǎng)之間用50×6 mm的鍍鋅扁鋼連接。擴(kuò)建電站廠房各層均暗敷成閉合回路的水平接地干線，以便各級電壓電氣設(shè)備接地。接地干線采用50×6 mm的鍍鋅扁鋼，設(shè)備與接地干線連接采用鍍鋅扁鋼。建筑物層間用多根垂直接地干線連成一體，并與主接地網(wǎng)連接。

2)均衡電位接地

擴(kuò)建電站廠房各層鋼筋混凝土樓板以及側(cè)墻，每隔4-5m利用結(jié)構(gòu)鋼筋焊接成不大于5m×5m的網(wǎng)孔，形成均壓接地網(wǎng)。均壓接地網(wǎng)與接地干線連接，整個廠房形成一個接地籠。對于110kV升壓站，利用50mm×6 mm的鍍鋅扁鋼焊接成不大于5m×5m的網(wǎng)孔，形成均壓接地網(wǎng)，另在升壓站設(shè)置多根3m深的垂直接地極，且在出線構(gòu)架附近設(shè)置3個50m深孔接地極。水平接地帶與尾水接地網(wǎng)連接，用以改善升壓站的沖擊接地電阻。

6 自動控制

為適應(yīng)蒙江流域梯級電站系統(tǒng)調(diào)度的調(diào)控要求，確定雷公灘水電站擴(kuò)機(jī)工程采用計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能按照蒙江流域梯級調(diào)度要求，并根據(jù)電站設(shè)備狀況及運行特征參數(shù)，完成對電站機(jī)電設(shè)備的自動監(jiān)控，實現(xiàn)電站機(jī)電設(shè)備的最優(yōu)運行。本電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)擬采用分層分布式結(jié)構(gòu)，設(shè)置主控級和現(xiàn)地控制級，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用100Mbps單星形光纖以太網(wǎng)。

由于原雷公灘水電站二次設(shè)備仍然采用常規(guī)繼電器方式，現(xiàn)階段無法滿足計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的要求。在擴(kuò)建電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置對原雷公灘水電站及壩區(qū)設(shè)備的遠(yuǎn)方控制系統(tǒng)，待原雷公灘水電站二次設(shè)備技術(shù)改造完成后通過光纖以太網(wǎng)與新擴(kuò)建雷公灘水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接。

擴(kuò)建電站自動監(jiān)視控制設(shè)計范圍包括：水輪發(fā)電機(jī)組及輔助系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控、升壓站設(shè)備監(jiān)控、廠用電系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控、全廠公用系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控、取水口閘門的實時數(shù)據(jù)監(jiān)控。計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主控級設(shè)2臺系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器兼操作員工作站、1臺工程師工作站、1臺調(diào)度通信工作站、時鐘同步裝置和語音報警等。按監(jiān)控對象對擴(kuò)建電站水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)置1套機(jī)組LCU， 1套110kV升壓站、公用設(shè)備LCU，共計2套現(xiàn)地控制單元。LCU直接監(jiān)控被監(jiān)控設(shè)備的生產(chǎn)過程，既可作為分布系統(tǒng)中的現(xiàn)地智能終端，又可作為獨立裝置單獨運行[2]。

7 繼電保護(hù)

根據(jù)電氣主接線，擴(kuò)建電站電氣設(shè)備的保護(hù)均采用微機(jī)型保護(hù)裝置。電站電氣設(shè)備和線路的保護(hù)配置如下：

發(fā)電機(jī)保護(hù)：①縱聯(lián)差保護(hù); ②復(fù)合電壓起動過電流保護(hù); ③過電壓保護(hù)；④失磁保護(hù); ⑤發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù); ⑥過負(fù)荷保護(hù); ⑦定于繞阻一點接地保護(hù); ⑧勵磁回路一點接地保護(hù); ⑨勵磁變壓器電流速斷和過電流保護(hù)。

主變壓器保護(hù)：①縱聯(lián)差動保護(hù)；②高壓側(cè)復(fù)合電壓起動過電流保護(hù)；③高壓側(cè)過負(fù)荷保護(hù)；④低壓側(cè)復(fù)合電壓起動過電流保護(hù)；⑤低壓側(cè)過負(fù)荷保護(hù)；⑥瓦斯保護(hù)；⑦溫度升高保護(hù)；⑧壓力釋放保護(hù)；⑨油面降低保護(hù)。

110KV線路保護(hù)：110kV線路保護(hù)配置：①光纖差動保護(hù)；②三段式距離保護(hù)；③三段式零序保護(hù)；④檢同期和檢無壓三相一次重合閘。

8 結(jié) 語

雷公灘水電站建成已運行20多年，文章重點介紹水電站增效擴(kuò)容方案電氣設(shè)計的主要技術(shù)問題，包括電氣一次、電氣二次等內(nèi)容，對主要設(shè)備選型、技術(shù)參數(shù)等進(jìn)行了概括和論述。