库什塔依水电站电气主接线设计

俞永辉

（新疆伊犁库克苏河水电开发有限公司，新疆 伊犁 835500）

1 电站概况

库什塔依水电站总装机容量100 MW，共4台机，其中2台15 MW，2台35 MW。根据电力系统要求，库什塔依水电站以220 kV一级电压接入系统，220 kV出线4回，上游KKE水电站及MTGE水电站串接后以220 kV电压等级汇流至该电站，上游KZKL水电站以110 kV电压等级接入该电站。库什塔依水电站作为所在河流流域电站的汇流站，其接线方式对系统稳定和安全运行有较大影响 ，结合系统对电站电气主接线的要求，确定电站电气主接线选择的基本遵循原则为 “安全、可靠、接线简单、运行灵活和经济合理”。

2 发电机与变压器组合方式的选择

库什塔依水电站装机容量为 2×15 MW+2×35 MW。2台小机组单机容量较小，在系统中占比重较低，若采用扩大单元接线，其接线简单、清晰，主变及高压侧进线间隔少，设备投资小，当主变故障或检修时，不会对系统有冲击。因此主要针对2台大机组就发电机与变压器组合方式进行比较，共提出3种接线方案，示意图如图1所示。

（1）方案一，单元接线，2台大机组均采用单元接线，2台小机组采用扩大单元接线。单元接线发电机与变压器一一对应，接线最简明、清晰，运行灵活可靠，继电保护简单，运行维护工作量小，单一元件故障影响范围小。采用单元接线主变与高压侧进线间隔较方案二、方案三均增加2个，不利于高压侧进线布置，投资与扩大单元接线相比增加200万元左右。

（2）方案二，扩大单元接线，2台大机组和2台小机组均采用扩大单元接线。扩大单元接线简单、清晰，运行较灵活可靠，继电保护简单。与单元接线相比，主变及高压侧进线间隔数量减少2回，有利于简化高压侧进线布置，降低设备投资。任何一台机组停机，不影响厂用电源供电。库什塔依水电站单机容量不大，在系统中所占比重较小，即使两台大机组同时停机，对系统稳定也不会造成大的冲击，能够确保系统稳定。该方案投资相对最低。主变压器或其相应高压侧设备故障、检修时，两台机组容量受阻。与单元接线相比，扩大单元接线方式发电机短路电流较大，相应发电机出口断路器的开断容量增大。单台机组运行时主变负载损耗较大。

（3）方案三，联合单元接线，2台大机组采用联合单元接线，2台小机组采用扩大单元接线。主变高压侧进线间隔比单元接线少两个，有利于简化高压侧接线形式，投资较方案一接线少60万元；主变高压进线间隔设备故障或检修影响两台机组出力，对系统影响较大；一台主变检修或故障，接于本单元的全部机组需短时停电，通过隔离开关操作后，另一机组仍可继续投入运行，这与扩大单元相比具有一定灵活性。主变高压侧SF6母线需进行联合，增加了布置面积；继电保护较为复杂。投资与扩大单元接线相比增加190万元左右。

图1 电气主接线10.5 kV侧方案技术比较

经方案比较及技术经济分析论证，两组扩大单元接线投资最省，且接线简单、清晰，运行较灵活可靠，继电保护简单。机变组采用扩大单元接线方式，完全满足本电站供电可靠性、调度灵活性以及安全稳定运行的要求。因此推荐发电机电压侧采用方案二，即两组扩大单元接线。

3 220 kV母线接线方式的选择

结合本工程具体情况，经过详细的经济技术比较，220 kV高压侧配电装置推荐采用GIS方案。在此基础上选择单母线接线、单母线分段接线、双母线接线3种方案进行分析比较，如图2所示。

图2 220 kV母线接线方式

（1）方案一，单母线分段接线。单母线分段接线简单、清晰，便于扩建；采用设备少，投资省，布置简单；继电保护简单，便于实现自动化远动化；任一单元故障只影响本单元，其他单元能正常运行。但若母线及所连接的设备检修或故障时，会造成全厂停电及下游哈拉军水电站电能无法送出。

（2）方案二，单母线接线。单母线接线方式的接线最为简单清晰、运行方便；采用设备最少、造价最低、便于扩建；继电保护简单，采用GIS设备占地面积小，运行可靠性高，运行工作量小，抗震性强，不受外界环境影响。但是当母线及相连接件故障时，全厂电能及流域其他电站无法送出；可靠性、灵活性较低，备用间隔建设时，电站需全厂停电。

（3）方案三，双母线接线。双母线接线方式其中一组母线及所连接设备检修或故障，不影响另一母线供电，将故障母线所连接回路切换至另一母线后即可恢复供电，可靠性、灵活性高，出线灵活；扩建方便。但隔离开关数量较多，其切换过程较复杂，易引起误操作；故障节点增加，母联开关故障时全厂短时停电；设备造价最高。

根据上述各接线的优缺点比较，结合本电站的具体情况及电力公司的意见，库什塔依水电站作为枢纽电站，电站的运行可靠性要求很高。单母线分段接线完全能满足本电站安全运行的要求，故220 kV出线侧推荐采用单母线分段接线。

4 110 kV与220 kV两级电压之间的联络

110 kV与220 kV两级电压之间的联络有升压自耦变、联络自耦变和普通三卷变等3种方案可供选择。为了有利于限制短路电流，减少变压器重复容量，库什塔依电站110 kV与220 kV两级电压之间的联络采用普通三卷变方案。

5 厂用电电源的接线

根据电气主接线推荐方案，由于发电机出口短路电流比较大，10 kV厂用电电气设备的选择比较困难，库什塔依电站选10 kV厂用电源接线形式为：自两台主变压器低压侧10.5 kV母线各引一回，经隔离变压器至10 kV馈电母线I段和II段，自馈电母线I、II段各接1台容量为630 kV·A的厂用变压器，为全厂提供厂用电源并作为全厂第一电源点。电站运行中，110 kV系统倒送作为全厂第二电源点。厂用电系统设置1台315 kW柴油发电机作为应急备用电源。

厂用电源供电方式采用10 kV和0.4 kV两级电压。为保证供电可靠性，10 kV母线分为2段，每段均能实现备用电源自投；0.4 kV母线分为2段，分别由2台10/0.4 kV厂变接入，两段0.4 kV母线之间要求实现备用电源自投。

坝区距厂房约2 km，为保证水利枢纽工程坝区各闸房用电的可靠性，在坝区设置一台400 kV·A 10 kV/0.4 kV箱式变电站，并由电厂内10 kV厂用电母线Ⅰ段和Ⅱ段各馈出一回。根据泄洪闸门启闭机容量 （溢洪道弧形工作闸门18.5 kW，导流兼泄洪洞弧形工作闸门启闭机功率55 kW）估算，配柴油发电机 （容量为200 kW）作为备用电源。

由于库什塔依水电站所在地冬季漫长寒冷，设置一台容量为630 kV·A的采暖变压器，接于厂内10 kV厂用电母线Ⅰ段。

［1］ 水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册.电气一次［M］.北京：水利电力出版社，1982年.

［2］ SDJ 173—85 水力发电厂机电设计技术规范［S］.

［3］ DL/T 5164—2002 水力发电厂厂用电设计规程［S］.

［4］ 阮全荣.大型水电站电气主接设计研究［J］.水电电气，2000，141（3）:4-9.

［5］ 李定中.我国水电开发与机电设备现状及未来课题 ［J］.水电电气， 2002， 123（1）:11-14.

［6］ 水利水电电气信息网.水电站电气主接线图册［M］.北京：中国水利电力出版社，2004.