泸定水电站厂用电系统设计

罗 曦，陈 宇

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川 成都 610072)

1 电站概况

泸定水电站为大渡河干流规划的第12级梯级电站，电站上游与支流瓦斯河冷竹关水电站尾水衔接，下游与规划的硬梁包水电站衔接。

泸定电站枢纽由黏土心墙堆石坝、进水口、泄洪洞、调压井和引水式厂房构成。电站采用地面厂房，装机4台，单机容量230MW，总装机容量920MW。电站具有日调节能力，正常蓄水位以下库容2.195亿m3，调节库容0.219亿m3，多年平均年发电量38.44/40.48亿kW·h(单独运行/与双江口电站联合运行，下同)，年利用小时数4 178/4 400h，枯水年枯水期平均出力(保证出力)135/218MW。泸定电站以500kV电压等级接入电力系统，建成后将成为电网骨干支撑电源，主要承担电网调峰任务，将接受四川省电力调度中心的调度。泸定电站按“无人值班”原则设计，采用全计算机监控，不设常规控制设备。

泸定水电站电气主接线形式：发电机—变压器为联合单元接线，500kV侧采用三角形接线。

4台水轮发电机组由哈尔滨电机厂有限责任公司制造，4台主变压器由特变电工衡阳变压器有限公司制造。

泸定水电站首批机组(4号、3号机组)于2011年8月31日通过机组启动验收， 10月1日投入商业运行；3号机组10月3日投入商业运行。

2 厂用电系统特点及设计原则

2.1 厂用电系统的特点

2.1.1 供电负荷点多而分散

根据厂区枢纽布置，厂用电负荷主要集中分布在以下区域。

(1)引水式厂房：包括主厂房、下游侧副厂房以及主变室；

(2)GIS楼：包括GIS室、楼顶出线场及控制楼；

(3)调压井：包括调压室、调压井交通洞；

(4)坝区：包括进水口，1、2、3号泄洪洞闸顶，坝顶公路，坝体泵房和廊道；

(5)其他，包括进厂公路、污水处理站等。

由于工程枢纽规模较大，厂区设置主厂房、副厂房、GIS楼、调压井等7个负荷点，坝区设置进水口，2、3号泄洪闸，1号泄洪闸，坝体排水泵等4个负荷点，每个负荷点相距较远、较分散。

2.1.2 供电半径大

泸定水电站厂房为地面引水式厂房，由于地形限制，地面GIS楼与控制楼离主厂房下游的副厂房较远，同时调压井离主厂房也较远，以副厂房为中心，供电半径约1km。本电站坝型为堆石坝，设置进水口和三个泄洪洞口，分别布置于坝前左、右岸，坝体廊道设置坝体排水泵，所有负荷点相聚较远，以进水口为中心，供电半径约1km。坝区进水口距厂区约为3km。

2.1.3 供电负荷大

电站厂用电最大负荷出现在一台机组检修、其余3台机组运行的情况下，经计算，电站厂用电最大负荷约为4 300kVA。

厂内厂用电主要负荷分为机组自用电负荷、渗漏和检修排水负荷、厂区照明负荷、全厂公用系统和GIS及控制楼负荷等。坝区供电主要负荷包括右岸进水口和2、3号泄洪洞进口、左岸1号泄洪洞进口、坝体排水泵房等。

2.2 厂用电系统的设计原则

厂用电系统的安全运行及供电可靠性主要取决于供电电源的引接和供电接线方式的安全可靠性。根据(DL/T 5186-2004)《水力发电厂机电设计规范》，本电站厂用电的设计原则如下：

2.2.1 厂用电源的设置原则

(1)全部机组运行时，不应少于3个厂用电电源；部分机组运行及全厂停机时，不应少于2个厂用电电源。

(2)全厂设保安备用电源。

(3)保留施工供电电源作为厂用电的外来备用电源。

(4)厂用电源相互独立、并有足够的可靠性和容量。

2.2.2 厂用电电压等级的选择原则

尽量降低电能损失和设备投资，兼顾施工供电电压等级。

2.2.3 厂用电接线的设计原则

厂用电系统应具有高度的供电可靠性和灵活性，在机组起动、正常运行、正常停机、事故停机、电力系统某些部分发生短路的过渡状态或机组部分缺陷造成机组解列等情况下均能可靠地向需要运行的厂用设备供电。

(1)满足分区供电的要求，应尽量避免低压、大电流、长距离的供电。对坝区、调压井及控制楼等处负荷，考虑采用高电压等级供电到负荷中心后，再降压供到各负荷点；

(2)接线方式尽量简化，便于厂用电继电保护系统和备自投方式的实现。

(3)公用电系统和自用电系统分开，机组自用电相对独立；

(4)满足机组各种运行、事故及检修状态下供电要求，尽量减少厂用电电源的切换操作；

(5)设置单独的照明变压器，以保证照明质量；

(6)设置柴油发电机作为大坝的保安备用电源。

3 厂用电源及厂用电压

3.1 厂用电源

厂用电源按以下两种方式取得：

(1) 由每组扩大单元接线发电机出口引接高压厂用工作电源；

(2) 由坝后施工变电站取得厂用备用电源；

3.2 厂用电压

3.2.1 厂用电压的选择

泸定水电站工程规模较大，厂用电负荷主要集中分布在厂区、坝区，两部分厂用电的负荷均较大，供电范围较广，同时两部分相距较远，采用两级电压供电。

泸定水电站为大型水电站，厂房尺寸约为130m×60m(长×宽)，厂内负荷包括机组自用电、厂房排水等均分布在厂房内各层，如采用0.4kV一级电压供电，会因为满足电压降而增加所选择的电缆截面，增加资源的消耗，同时增加电能的消耗。因此采用10kV电压等级供电到各负荷中心后，再降压供到各负荷点，减少所选择的电缆截面，减少资源损耗，同时减少电能的损耗。

厂区负荷中心至坝区约为3km，可采用10kV电压等级供电。坝体结构为堆石坝，坝区各负荷分布较远、负荷容量大，坝区平均供电半径为1km，因此坝区设置10kV供电中心，向各负荷中心供电。

综上所述，电站厂用电系统采用10kV和0.4kV两级电压供电。

3.2.1.1 高压厂用电压的选择

高压厂用电电压等级可选用6kV或10kV，这两种电压等级均能满足供电容量、供电距离和电能质量的要求。

与采用6kV电压等级相比，采用10kV可减小电缆的截面，降低电能损耗，节省投资，并有利于电缆的敷设；另一方面，由于保留的施工变电站采用10kV电压等级，采用10kV电压等级在外来电源引入时较方便。

10kV供电，进线断路器的热稳定电流较低，电缆截面小，由于两种电压等级的电缆价差较小，采用小截面电缆可节省有色金属，从而节省电缆投资。

综上所述，6kV与10kV电压等级相比没有技术和经济优势，为便于厂用电外来电源的引接，减低电能损耗，减少电缆敷设难度，高压厂用电电压采用10kV电压等级。

3.2.1.2 低压厂用电压的选择

0.4kV电压等级是我国低压网络中正常供电电压等级，使用经验成熟、应用范围广，因此本电站低压厂用电电压等级采用0.4kV。

4 厂用电接线

4.1 高压厂用电接线

4.1.1 厂区供电

根据电站厂用电系统特点和运行条件以及近期国内同等规模水电站厂用电接线的设计方案，高压厂用电供电接线从4台机组主变压器低压侧各引一个电源，经高压厂用变压器分别接到4段10kV母线上。第Ⅰ、Ⅳ段母线上除引自机端的电源外，还从施工变电站各引一回10kV电源作为备用电源，两回电源相互备用、自动投入。相邻段母线相互备用，自动投入。根据全厂负荷统计结果，厂用高压变压器容量选择为3×800kVA。

4.1.2 坝区供电

坝区供电负荷包括进水口、泄洪洞进口等。由于坝区负荷点分散，故考虑在大坝靠右岸适当位置设10kV坝区配电中心，向坝区各负荷点供电。配电中心电源由厂房10kV配电装置的第Ⅱ、Ⅳ段母线上各引接一回电源，还从施工变电站引1回10kV电源作为备用电源。另外考虑到大坝紧急泄洪的要求，还设有一台630kW柴油发电机作为大坝的保安备用电源，以保证大坝的安全，必要时可作为一台机组的紧急起动电源。柴油发电机额定电压为380V，经变压器升压至10kV接入10kV坝区配电中心。

4.2 低压厂用电接线

厂区和坝区的所有负荷采用单层辐射式供电，10kV双回路电源引至负荷点配电中心，缩短了0.4kV低压配电距离，减少了电压损失，同时10kV电源取自不同高压母线，提高了供电的可靠性。

厂区机组自用电、照明用电、厂房排水和检修排水系统、公用电、调压井以及GIS楼和控制楼用电分开，坝区进水口、2、3号泄洪闸、1号泄洪闸以及坝体廊道及集水井分开，均采用单独变压器供电，各自成低压供电系统。

机组自用电按单元设置，即每个联合单元设置1套自用电系统，每套自用电系统引自2个10kV电源。厂区和坝区的各低压供电系统均设2个电源，分别引自不同的10kV母线段。厂房通风系统负荷集中在主、副厂房，2回0.4kV电源引自公用电系统2段母线。

4.3 低压厂用电系统制式

由于本电站具有供电负荷大，供电范围广、负荷点分散的特点，应采用供电可靠性高，耗材省的供电方式，因此采用TN-S系统，作为低压厂用电系统的制式。

5 厂用电设备选择

(1)厂用变压器容量的选择采用综合系数法和负荷统计法确定计算负荷，根据不同的系统采用不同的同时率和负荷率，并以电站一台机组检修，其余3台机组运行为计算用最大运行方式。

(2)高压厂用变压器的容量应保证在正常情况下满足全厂厂用电负荷的供电，且在一般事故或检修情况下有足够的备用容量。

(3)由于厂用设备均布置在室内，所有厂用电系统变压器均采用先进的10型干式变压器。10kV开关设备采用真空断路器，0.4kV开关设备采用低压框架断路器、塑壳断路器和微型断路器，使厂用设备“无油化”。

(4)高低压电缆按额定电流选择，以短路热稳定和电压降进行校验。所有电缆全部采用阻燃型，长距离垂直辐射和户外辐射的电缆采用钢带铠装式。

6 结 论

由于泸定水电站装机容量较大，在系统中具有重要的作用，要求电站厂用电系统的接线应具有较高的可靠性和灵活性。本电站在系统中承担腰荷和调峰运行任务。供电范围大，负荷点较多，因此，厂用电负荷由10kV和0.4kV两级电压供电，厂区10kV厂用母线分4段，从4台机组主变压器低压侧各引一个电源，从施工变电站(永久使用)引2回电源。坝区10kV厂用母线分2段，从厂用10kV母线引2回电源，从施工变电站引1回电源。各低压供电系统均设2个电源，分别引自不同的10kV母线段，另设柴油发电机组作为电站的保安备用电源。

该方案满足设计标准、安全运行规范要求，泸定水电站于2011年10月3日首批机组全部投入商业运行。

[1] 水电站机电设计手册编写组 .《水电站机电设计手册》[S].电气一次，水利电力出版社，1982.

[2] 水利水电规划设计总院.《水力发电厂机电设计规范》DL-T 5186-2004[S].中国电力出版社，2004.

[3] 水利水电设计总院.《水力发电厂厂用电设计规程》DL/T 5164-2002[S].中国电力出版社，2003.