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        潭嶺水電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計分析研究

        2021-11-23 11:55:54陳麗娜
        黑龍江水利科技 2021年11期
        關(guān)鍵詞:廠用電開關(guān)柜接線

        陳麗娜

        (廣東珠榮工程設(shè)計有限公司,廣州 510000)

        1 工程概況

        潭嶺水電廠位于清遠(yuǎn)市連州市星子鎮(zhèn)潭源洞水上,是一個以發(fā)電為主,兼顧防洪、灌溉等綜合利用的大(2)型水電站工程。

        潭嶺水電廠水庫大壩于1965年動工,1966年10月底完工。水庫樞紐建筑物包括混凝土重力壩、泄洪底孔、發(fā)電進(jìn)水口、引水隧洞、調(diào)壓井、高壓引水鋼管及地下廠房和開關(guān)站等。水庫大壩坐落在連江上游星子水支流潭源洞水中游,水庫總庫容1.765億m3,正常蓄水位643m,正常庫容1.485億m3,死水位623m,屬多年調(diào)節(jié)水庫。于1970年2月竣工投產(chǎn),水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計水頭458m,裝機(jī)37.5MW(3×12.5MW)。

        潭嶺水庫大壩壩體內(nèi)設(shè)置兩個直徑為2.2m、長34.32m的泄洪孔和錐形閥及兩扇檢修閘門。泄洪錐形閥進(jìn)口中心高程為618.0m,出口中心高程為613.0m,兩錐形閥最大泄洪量為132.0m3/s。

        潭嶺水電廠進(jìn)水口設(shè)在水庫大壩左岸,引水隧洞及高壓鋼管全長約2400m,直徑為2m。發(fā)水電站房為地下式結(jié)構(gòu),布置在大壩下游左岸,潭源洞水河道左側(cè)山體內(nèi)?,F(xiàn)廠房內(nèi)裝有3臺QJ-L-170/2×15型沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組,總裝機(jī)容量為3×12.5MW,三臺機(jī)組最大過流量為9.75m3/s。

        2 電氣一次設(shè)計

        2.1 接入電力系統(tǒng)

        潭嶺水電廠于1965年開始興建,1969年4月第一臺機(jī)組并網(wǎng)1發(fā)電,1970年10月3#機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。電廠年設(shè)計發(fā)電量為1.43億kW時,實際多年平均發(fā)電量為1.6011億kW時。電站目前裝機(jī)為3×12500kW,共37500kW。電站現(xiàn)有兩條110kV出線,分別是潭水線和潭山線,潭水線2010年8月投入運(yùn)行,導(dǎo)線型號LGJX—240/55,線路全長36.9km,允許電流610A;潭山線2009年9月投入運(yùn)行,導(dǎo)線型號LGJ—240/40,線路全長8.6km,允許電流610A,此二回架空上網(wǎng)線目前運(yùn)行情況良好。電站擴(kuò)容增效后裝機(jī)為3×15000kW,共45000kW,年小時數(shù)為4045h。潭嶺電站增容改造后電站接入電力系統(tǒng)方式維持不變。

        2.2 主接線方案及其運(yùn)行方式

        潭嶺電站目前發(fā)電機(jī)電壓側(cè)接線方式為3個發(fā)電機(jī)-變壓器組單元接線,升高電壓110kV側(cè)為單母線接線。電站增容改造后,主接線方案不變。

        2.3 廠用電及近區(qū)供電

        目前電站有兩臺廠用變壓器,廠用變壓器41TA和42TA通過隔離開關(guān)分別接于1B、2B變壓器低壓側(cè)和3B變壓器低壓側(cè)。

        改造后廠用容量增加,但接線方式不變,仍采用單位母線分段接線,機(jī)端電機(jī)從6.3kV變?yōu)?0.5kV,原兩臺廠用變壓器必須更換。

        發(fā)電機(jī)容量增大,機(jī)組的輔助設(shè)備容量相應(yīng)加大,廠用電容量也增加。電站3臺機(jī)組同時運(yùn)行或只有3#機(jī)組運(yùn)行時,廠用電由42TA供電,當(dāng)1#或2#機(jī)組運(yùn)行或1#、2#機(jī)組同時運(yùn)行時,由TA41供電。廠用電0.4kV側(cè)為為單母線分段接線,且兩臺低壓側(cè)進(jìn)線開關(guān)設(shè)備用電源自投裝置[1-2]。

        電站設(shè)工作照明和事故照明。工作照明由站用電低壓柜引至各照明箱供電。事故照明由直流電源供電,在高壓配電室、主廠房、開關(guān)站、中控室、廠變及母線廊道等設(shè)事故照明燈。

        2.4 電氣一次設(shè)備選擇

        2.4.1 短路電流計算

        本階段僅根據(jù)所選擇的主變參數(shù)及估計的主機(jī)資料,系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下短路阻抗為18.57Ω,最小運(yùn)行方式下阻抗為30.77Ω,進(jìn)行了短路電流估算。圖中F1、F2、F3為本電站3臺水輪發(fā)電機(jī)。結(jié)合以上資料對電氣主接線方案進(jìn)行了不同短路點(diǎn)的短路電流計算,系統(tǒng)主接線圖等效阻抗圖詳見圖1,系統(tǒng)最大運(yùn)行方式短跑電流計算成果表詳見表1。

        圖1 系統(tǒng)主接線圖等效阻抗圖

        表1 系統(tǒng)最大運(yùn)行方式短跑電流計算成果表(基準(zhǔn)容量Sj=100MVA)

        2.4.2 電氣一次設(shè)備改造內(nèi)容

        1)發(fā)電機(jī):

        三臺發(fā)電機(jī)已運(yùn)行四十多年,定子、轉(zhuǎn)子絕緣老化;發(fā)電機(jī)定子部分測溫探頭損壞無法修理更換,這些嚴(yán)重威脅著電站的安全運(yùn)行。

        本次改造更換三臺發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)容量由原來的12.5MW,增加到15MW,機(jī)端電壓由6.3kV升至10.5kV。

        2)主變壓器:

        潭嶺電站現(xiàn)有主變壓器三臺,其中有2臺型號為SF15000/110,15000kVA,121±2×2.5%/6.3kV,一臺型號為SF16000,16000kVA,121±2×2.5%/6.3kV,由于主變已經(jīng)運(yùn)行多年,損耗和維修量較大。

        目前市面上主要有S9和S11兩個系列變壓器,S11變壓器空載損耗比S9小20%-35%,節(jié)能效果顯著;空載電流比S9下降70%-85%,改善電網(wǎng)供電質(zhì)量,線路損耗和噪音水平更低,過載能力增強(qiáng);變壓器溫升低。本次設(shè)計電站主變更換為S11節(jié)能型變壓器。

        3)廠用變及近區(qū)變:

        電站現(xiàn)有二臺廠用變,型號為SJ-240/6。SJ系列配電變壓器是我國六十年代的產(chǎn)品,該變壓器本身的損耗很大,不符合當(dāng)前節(jié)能的要求,是屬于應(yīng)淘汰的產(chǎn)品。根據(jù)《農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造項目機(jī)電設(shè)備選用指導(dǎo)意見》中變壓器應(yīng)選用S11及以上節(jié)能型,廠內(nèi)設(shè)備無油化。

        本次設(shè)計更換兩臺廠用變,選用SCB11系列節(jié)能型干式變壓器作為廠變。電廠1#和2#機(jī)組發(fā)電機(jī)時,合上一臺母聯(lián)開關(guān),斷開另一邊母聯(lián)開關(guān),廠用電由41TA供電;當(dāng)只有3#機(jī)組與發(fā)電機(jī)時,由42TA提供廠用電源。

        電廠近區(qū)供電負(fù)荷為大壩和生活區(qū)用電,電源接自發(fā)電機(jī)端,經(jīng)S7-1000,10/6.3kV近區(qū)變供電。電站改造后發(fā)電機(jī)端電壓為10.5kV,近區(qū)供電直接取自母線供電,取消近區(qū)供電變壓器。

        電站還從地區(qū)3#線接入一回10kV進(jìn)線,作為備用電源,在電廠不發(fā)電時,地區(qū)電網(wǎng)可倒送電至電廠[3-4]。

        4)110kV設(shè)備:

        機(jī)組增容后電流增大,三臺主變高壓側(cè)電流互感器一次電流均不能滿足要求,必需更換。

        電站110kV避雷器均為閥型SIC避雷器。目前市面上廣泛使用的氧化鋅避雷器由于結(jié)構(gòu)簡化,動作響應(yīng)快、耐多重雷電過電壓或操作過電壓作用、能量吸收能力大、耐污穢性能好,且金屬氧化鋅避雷器保護(hù)性能優(yōu)于閥型碳化硅避雷器,已在逐步取代閥型碳化硅避雷器,適合于中性點(diǎn)有效接地的110kV及以上電網(wǎng)。

        5)高壓開關(guān)柜:

        電站目前仍使用的是GG-1A(F)固定式開關(guān)柜,雖然柜內(nèi)少油開關(guān)陸續(xù)更換為真空開關(guān),但此柜型內(nèi)元件布置不甚合理、母線裸露在柜頂,安全性、可靠性較差;且此柜型已為淘汰柜型,不利于電廠實現(xiàn)計算機(jī)監(jiān)控的無人值班,少人值守的管理方式。

        電廠改造后高壓開關(guān)柜選用XGN2-12箱型固定金屬封閉式開關(guān)柜,其結(jié)構(gòu)合理,操作簡單,安全、可靠性高,“五防”性能好,柜內(nèi)選用ZN28-12真空斷路。

        6)母線及電纜:

        電站主副廠房內(nèi)電纜布置混亂,高壓電纜、動力電纜和控制電纜全堆在一起,有的電纜絕緣老化,部分動力電纜超期使用,屬于淘汰產(chǎn)品,存在較大安全隱患;一些電纜放置于母線洞地面,洞壁滲水使電纜腐蝕嚴(yán)重。更換電纜型號為YJV22和VV22。電站重要回路采用耐火型電纜。

        三臺主變至開關(guān)站的高壓引線(包括避雷線)老化,開關(guān)站110kV母線線徑不足,導(dǎo)線老化。

        7)廠用電設(shè)備:

        目前電站0.4kV低壓開關(guān)柜的型號為PGL2,柜內(nèi)均為熔絲和隔離開關(guān)保護(hù),設(shè)備均屬于淘汰產(chǎn)品。0.4kV低壓開關(guān)柜全部更換為MNS型低壓抽屜式組合開關(guān)柜,內(nèi)裝體積小、開斷容量大、可靠性高的框架式智能空氣斷路器或塑殼斷路器。

        動力配電箱、照明配電箱均為40年前產(chǎn)品,已老化,更換并增設(shè)EPS事故照明裝置。

        2.4.3 主要電氣設(shè)備技術(shù)參數(shù)

        主要電氣設(shè)備技術(shù)參數(shù)見表2。

        表2 主要電氣設(shè)備技術(shù)參數(shù)表

        續(xù)表2 主要電氣設(shè)備技術(shù)參數(shù)表

        2.5 過電壓保護(hù)及接地

        本次設(shè)計不改變的主廠房結(jié)構(gòu),原廠房及戶外配電裝置都設(shè)有防直擊雷設(shè)施,本次設(shè)計不作改動。開關(guān)站原避雷針位置和高度不變。

        為了防止侵入雷電波對電氣設(shè)備的危害,在電站110kV出線、高壓開關(guān)柜內(nèi)內(nèi)裝設(shè)氧化鋅避雷器,在低壓母線上裝設(shè)低壓防雷器,以保護(hù)電氣設(shè)備的安全。

        電站工作接地、保護(hù)及安全接地共用一個總的接地系統(tǒng),按規(guī)定所有電氣設(shè)備金屬外殼及非電氣設(shè)備金屬管路外露部分均應(yīng)接地。重新測量避雷針接地和全廠接地電阻,要求接地電阻<1Ω,如不符合相關(guān)規(guī)范要求,增加敷設(shè)人工地網(wǎng)[5]。

        3 結(jié) 語

        文章結(jié)合潭嶺水電廠工程對水電站的電氣一次系統(tǒng)設(shè)計分析研究,基于實際情況選擇電氣設(shè)備布置方式,涉及接入電力系統(tǒng)、主接線方案及其運(yùn)行方式、廠用電及近區(qū)供電、電氣一次設(shè)備選擇、過電壓保護(hù)及接地等方面。針對上述問題的研究與分析,有助于提高水電站整體運(yùn)行的效率、保證水電站正常運(yùn)行,是利用技術(shù)優(yōu)勢解決經(jīng)濟(jì)效益問題的有利方式。文章可以作為典型案例,作為其他水電站項目電氣一次系統(tǒng)設(shè)計參考。

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