溪洛渡水电站进水口配电设备选择研究

2014-03-20曹锡枫

水电站设计 2014年1期

关键词：进水口启闭机接线

曹锡枫

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 前言

溪洛渡水电站位于四川省雷波县与云南省永善县交界的金沙江干流上，电站共装机18台，其中左岸地下电站和右岸地下电站各布置9台单机额定容量为770MW混流式水轮发电机组，多年平均发电量572亿kW·h。

2 进水口低压配电接线

根据溪洛渡电站在系统中地位的重要性，要求进水口具有较高的供电可靠性，厂外枢纽左、右岸低压配电采用0.4kV供电，单母线分段接线。

3 导体设备选择

大型水电站具有装机台数多、枢纽布置复杂、供电距离较长、单个配电负荷容量较大的特点。因此，在导体选择时应引起注意，在设计中应遵循尽量减小供电距离，保证电机启动端电压，满足机械要求的起动转矩的原则进行设计。

根据溪洛渡右岸进水口闸顶枢纽布置，右岸进水口闸顶总长275m左右，进水口闸顶最大负荷为：2台闸顶门机160kW(变频启动)、9个进水口液压启闭机快速门(每个门由2台45kW油泵电机Y-△降压启动)、其余为检修、照明等负荷。原配电房布置在右岸进水口闸顶中部13～14号机进水口之间，根据工程进展和现场实际情况，结合枢纽布置要求，现将闸顶配电和右岸10kV配电中心一起考虑，最大供电距离达到400m左右，导致大容量电机启动时压降较大，通过在不同运行工况和启动组合方式下计算导体压降，选择满足电机启动压降的导体。

3.1 配电变压器容量计算

根据进水口负荷容量较大，运行频率较低，同时运行率低的特点，按照DL/T 5164—2002《水力发电厂厂用电设计规程》中综合系数法、负荷统计法计算的同时，并参照水电站手册第三节—厂用变容量选择中轴功率作精确计算，通过以下不同工况运行的几种方法计算比较，选取合适的配电变压器容量。

3.1.1 综合系数法和负荷统计法

进水口负荷统计见表1：

正常运行情况下：作为两台互为备用的配电变压器，每台配电变压器的额定容量应满足所有Ⅰ、Ⅱ类负荷或短时满足配电最大负荷的需要。最大负荷按每台变压器分别各带二个液压启闭机快速门同时启门工作。

根据DL/T 5164—2002《水力发电厂厂用电设计规程》：

B.1 综合系数法

B.1.2 全厂厂用电负荷或全厂公用电与机组自用电混合供电时：

Sjs=Ko∑Po

(B.2)

式中Ko——全厂或混合供电时厂用电负荷的

综合系数，取值见表B.1，本配电

系统负荷综合系数取0.78；

∑Po——所有同时参加最大负荷运行时负荷的额定功率的总和，kW。

表1 进水口负荷统计

Sjs=Ko∑Po=0.78×612.6=478(kVA)

B.2 负荷统计法。负荷统计法计算式为：

(B.4)

式中Kv——厂用电系统网损率，取1.05；

Kfg——全厂公用电负荷率，取0.72～0.74，厂用电负荷中电热负荷较大时取大值，反之取小值；

Ktg——全厂公用电同时率，取0.73；

∑Pg——所有同时参加最大负荷运行的全厂公用负荷额定有功功率的总和，kW；

∑Qg——所有同时参加最大负荷运行的全厂公用电负荷额定无功功率的总和，kvar；

3.1.2 轴功率法

单台电动机的负荷率选取原则：

(1)GB 50055-93《通用用电设备配电设计规范》第2.2.3条电动机额定功率的选择，在选择电动机额定功率时，根据机械的类型和重要性，应计入适当的储备系数(见表2)。

(2)根据《电力工程电气设计手册》电动机容量选择：

Pe≥K×Kt×Kh×Pz

式中Pe——电动机额定功率：

Pz——机械需要轴功率；

K——机械储备系数；

Kt——温度修正系数；

Kh——海拔修正系数。

表2 机械储备系数

对液压启闭机Y系列45kW电机，储备系数取1.15～1.2，其倒数1/1.15=0.87为该设备的负荷率。(厂家提交资料：液压启闭机实际功率为37kW，供货电机为45kW，基本满足0.8倍的负荷率)。

根据DL-T 5164-2002《水力发电厂厂用电设计规程》第7.2.2条文说明：一般启闭机电动机选择规范中要求，电动机容量和机械需要容量误差不大于5%；(DL-T 5167-2002水电水利工程启闭机设计规范附录H)(油泵电动机组计算系统压力损失5%～10%，系统泄漏系数1.1～1.3，其(1.1～1.3)×(1-5%)=1.045～1.235的倒数即为负荷率：0.95～0.8)。

综上所述：对液压启闭机Y系列单台电机负荷率取0.9。

事故检修运行情况下：当一台变压器故障，另一台变压器带全部运行负荷。考虑一个液压启闭机门启动时，在闸顶另一端160kW门机同时检修吊门的情况，根据实际参加运行负荷轴功率统计计算变压器容量(见表3)。

各系数选取：Kv—厂用电系统网损率，取1.05；Kfg—负荷率，取0.9；Ktg—同时率为1。

结论：通过以上分析计算，在进水口部位负荷同时工作概率较小的情况下，采用轴功率计算较为精确，经计算选用二台SCB10-630/10配电变压器。

3.2 配电出线回路额定电流、电缆截面、空气开关脱扣电流选择计算

低压动力电缆有ZR-VV型和ZR-YJV两大类进行选择，从节约电缆投资出发，对小容量负荷，导体选择截面小于185mm2的电缆，选用最高工作温度不超过70℃的ZR-VV型电缆；对大容量负荷，导体选择截面大于185mm2的电缆，选用最高工作温度不超过90℃的ZR-YJV型电缆。由于进水口门机的电缆较长，电缆敷设系数取0.6；其余配电回路电缆敷设系数取0.7，各负荷选择计算见表4：

3.3 电机启动电机端电压计算

水电站电动机设备启动可分为三大类：直接启动、降压启动、软启动、变频启动，各类电机绕组接线形式和启动特点见表5。

表5 各类电机绕组接线形式和启动特点

通过以上列表分析，单台电动机启动电流倍数kq的选取原则如下：

(1) 鼠笼式直接启动：采用全压启动，回路设备简单，可靠性相对提高，适合Y型或YZ型鼠笼电机。(Kq=5.5～7)

(2) 鼠笼式Y-△降压启动：当负载对电动机启动力矩无严格要求，又要限制电动机启动电流，且电机满足380V的Y接线条件才能采用降压启动，启动电流只有全电压启动电流的1/3，但启动力矩也只有全电压启动力矩的1/3。(Kq=2.5)

(3) 软启动：当采用软启动方式启动时，通过软启动装置给定初始电压和启动时间进行调节初始转矩，控制启动电流在2～4.5倍电动机额定电流以内。(Kq=2～4.5)

(4) 变频启动：当采用变频方式启动时，可以平滑地起动(起动时间变长)，起动电流为额定电流的1.2～1.5倍，起动转矩为70%～120%额定转矩；对于带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为100%以上，可以带全负载起动。(Kq=1.5)

针对溪洛渡电站金属结构设备订货的技术协议，进水口液压启闭机和闸顶门机的电机选取如下：

进水口液压启闭机：液压启闭机属轻载启动，电机选取45kW的Y型鼠笼电机，采用Y-△降压启动，效验计算启动电流倍数按Kq=3取值。

闸顶门机：闸顶门机属重载启动，电机选用YZP-160鼠笼电机，采用变频方式启动，效验计算启动电流倍数按Kq=2.5取值。

根据DL/T 5164—2002《水力发电厂厂用电设计规程》附录D计算电动机启动电压：

(1) 最大一台门机160kW变频启动时的端电压计算见表6、7：

a.电缆接线方式一(接线简图见图1)(选1根ZR-YJV-3×300+1×150)。

图1 电缆接线方式一的接线简图

b.电缆接线方式二(接线简图见图2)(选2根ZR-VV-3×185+1×95)。

(2) 每个进水口液压启闭机(2台×45kW)控制箱采用二根ZR-VV-3×185+1×95电缆分别

图2 电缆接线方式二的接线简图

1启动时厂用高压母线电压标么值式中 U1∗———启动时高压母线电压标么值Snb1———高压厂用变压器额定容量2 500kVAUZ1———高压厂用变压器的阻抗电压8%S1———担负自启动的高压母线上在自启动以前已接有的计算负荷(kVA),初估计1 000kVAIq2———接于低压母线上的自启动电动机启动电流Kqd=2.5(变频启动效验)U1∗=1.051+S1+3×0.38×lq2Snb1×UZ1U1∗=1.051+1 000+3×0.38×2.5倍×2972 500×0.08U1∗=1.051+1 000+4892 500×0.08U1∗=1.0022启动时低压母线电压式中 U2∗———启动时低压母线电压标么值Sqd=3UndIq2Iq2=Kqd·IndUnd=0.38kVKqd=2.5(变频启动效验)S2———启动前厂用低压母线上已带负荷(kVA);取200kVAPnd———启动时电动机的额定容量160(kW)Snb2———低压厂用变压器额定容量630kVAUZ2———低压厂用变压器的阻抗电压4%U2∗=U1∗1+S2+3×0.38×lq2Snb2×UZ2U2∗=1.0021+200+3×0.38×2.5倍×297630×0.04U2∗=1.0021+200+489630×0.04U2∗=0.963启动时电动机的端电压式中 Ud∗———电动机启动时端电压标么值Iq2———电动机的启动电流(A)rl、xl———导线单位长度的电阻、电抗(Ω/km)L———导线长度0.4(km)cosφd———电动机启动时的功率因数,鼠笼式取0.35,绕线式取0.5～0.65Und———电动机的额定电压(kV),取0.38kVUd∗=U2∗1+3lq2(rlcosφd+xlsinφd)LUndUd∗=0.961+3×2.5倍×297(0.095×0.35+0.077×0.94)×0.4380Ud∗=0.961+3×2.5倍×297×0.105 63×0.4380Ud∗=0.839=83.9%<85%(不合格)