电力排灌站接入系统设计方法

(湖南水利水电职业技术学院， 长沙 410131)

电力排灌站接入系统设计方法

何荣锋

(湖南水利水电职业技术学院， 长沙 410131)

本文结合工程实例，分析总结了6种不同类型电力排灌站的主接线方案，研究其最佳接入系统方法，定性分析了方案的可靠性、灵活性和经济性。设计了6种不同类型电排站接入系统，提供了一个设计典范，并确定了其适应范围。

电排站；接入系统；设计

电力排灌站接入系统设计的基本目的是使电排站建成后，能保证电网可靠、安全供电，充分发挥电排站效益，并为电排站电气设计提供依据。接入系统设计与电排站的土建、水工、动能及地方电网等有密切关系。电排站接入系统的设计应根据泵站的特点，以及该泵站的重要性和供电电网的运行情况来进行[2]。要正确处理各方面的关系，解决好各种技术问题，合理确定接入方案。

1 农村电力网现状及存在的问题

我国目前有各类固定式排灌泵站接近50万座，其中大中型泵站4895座，其余大部分为小型泵站。这些提水排灌设施在防洪抗旱、减少自然灾害、解决某些地区生产生活用水方面发挥了极其重要的作用。但我国水利泵站往往建设较早，使用时间较长，不同程度上存在着设备陈旧老化、综合自动化程度低，接入系统设计不规范，可靠性不高；电机启动特性较差，对电网冲击较大，致使不少泵站工程长期处于低效工况下运行，不能满足防汛调度的紧急需要和现代信息发展的要求。因此，合理规范电排站接入系统，有效提高排渍效率，具有重要的理论和工程意义。

农村电气化事业开始于20世纪60年代，全国农村用电量在1978年达到了510亿kW·h，一些地区开始形成以35(63)kV为骨干的农村电力网架。80年代开始推进新农村电气化建设，加快实施“新农村、新电力、新服务”农电发展战略，优化低压电网结构，提高供电可靠性，确定适宜的供电模式，逐步实现以110kV电压等级为中心枢纽，以35kV为骨干网架，10kV和380(220)V网络协调匹配的农村电网。

2 电力排灌站接入系统设计方法

电力排灌站接入系统是由高压电器设备通过连接线组成的接收和分配电能的电路，也称为一次接线，它反映各设备的作用、连接方式和各回路间的相互关系，从而构成电排站接入系统电气部分的主体。电排站接入系统各有不同特点，在电气主接线方案中要在确保供电可靠性的前提下，操作简单，配电装置布置合理，使工程造价最低[1]。一般排灌站一年之内有排灌任务的时间不长，在非排灌季节有充分的时间进行检修，故在运行时停电检修的机会比较少。如果排灌站在运行时短时停电对排灌影响不大，主接线就可以尽可能简单，当然也要有一定的可靠性。如果短时停电对排灌工作影响很大，则主接线的供电可靠性就要求较高，如变压器高压侧采用六氟化硫断路器进行控制和保护，变压器的台数可以考虑2台以上及母线分段的接线方式。接入系统须满足以下基本要求：

a.保证必要的供电可靠性和电能质量。安全可靠是电排站运行的首要任务，停电不仅对排渍区人民生命财产造成损失，而且给国民经济各部门带来严重影响。因此，接入系统形式必须保证供电可靠。电压、频率和供电连续可靠，是表征电能质量的基本指标[4]，主接线应在各种运行方式下都能满足这方面的要求。

在主接线可靠性评估中，评估过程一般由三个步骤组成:状态选择、状态估计和计算指标[5]。在设计阶段，主接线可靠性评估的主要工作是通过采集的设备可靠性参数，评估不同备选主接线方案的可靠性水平，并结合经济性评估指标，综合选择最优方案。

b.具有一定的灵活性和方便性。主接线不仅正常运行时能安全可靠地供电，而且在系统故障或设备检修及故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。

c.具有经济性。接入系统设计时，在满足供电可靠的基础上，尽量使设备投资和运行费用最少，注意节约占地面积和搬迁费用，在可能和允许条件下应一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。

d.具有发展和扩建的可能性。设计主接线时应留有余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到分期过渡接线的可能和施工的方便。

3 大中型电排站接入系统典型设计

一般大中型电排站只装1～2台主变压器，35kV侧多为单回路进线，主变压器高压侧在技术条件许可时不装断路器，6～10kV侧一般采用单母线。当变电所内有2台主变压器时，可以并接在一起，若不能并列运行时可采用单独供电方式或用隔离开关分段的接线方式[1]。大中型电排站电气主接线可归纳为以下三种接线方案，图中电流互感器没有全部画出，设计时按保护和测量的要求予以考虑。

a.方案一：接线方式见图1。35kV侧不装设断路器，只装跌落式熔断器(如RW5-35型)和隔离开关(如GW5-35型)。6～10kV侧出线装真空开关(如ZN8-10型),6～10kV侧采用成套开关柜(如KYN18C-12型)。此方案用在较重要的“T”形线路上，因须建设配电窒，开关设备价格较高，因此投资较大，但运行较方便，可靠性较高，适用于用电负荷较大和回路较多的2500～4000kV·A的电排站，或用于装设高压电机的电排站的专用变电所。如变压器离配电室较近，6kV母线没有架空引出线，6kV母线可以不设避雷器。如果属于电排站的专用变电所，6kV侧高压开关柜可装于机房内，变电所为露天布置。

图1 大中型电排站接入系统方案一

图2 大中型电排站接入系统方案二

b.方案二：接线方式见图2。35kV侧装六氟化硫断路器，6～10kV侧装真空开关，总进线装DW4-10型，配出线装DW5-10G型(或装负荷开关)和跌落式熔断器。此方案因35kV六氟化硫断路器价格较高，放投资多，但运行较可靠，适用于较重要的2500～4000kV安的农村电力排灌站。35kV另一路出线也装断路器，进行控制和保护。

c.方案三：接线方式见图3。变压器经过断路器和隔离开关接至35kV电网，二次侧经隔离开关接至母线。这种接线的优点是由于装置了断路器，可以利用继电保护器使变压器在短路、过载和内部故障时得到可靠的保护，此方案适用于较大容量的变压器。其主要缺点是基建投资大，选择电器和载流部分时，必须验算电动稳定度和热稳定度，可用于装设高压电动机的电排站的专用降压变电所。

图3 大中型电排站接入系统方案三

三种方案主接线的可靠性、灵活性、经济性及适应范围定性分析比较见表1。

表1 大中型电排站三种主接线方案比较

4 大中型电排站接入系统实例

湖南益阳市小河口电排站建设于20世纪70年代，原设计的电气主接线方案可靠性较低, 选用的机电设备现已老化,能耗高，技术落后，自动化程度低；变压器使用年限长，绝缘老化，漏油严重,能耗高；防雷设施锈蚀严重，存在严重的安全隐患。根据泵站的工程现状和设备完好情况，在《湖南省大型泵站更新改造十一五规划报告》和《湖南省大型排涝泵站更新改造规划报告》中，列入进行更新改造项目。小河口电排站淘汰原有4台单机容量为800kW的老电机，新装设四台单机容量为1000kW、额定电压为10kV的潜水电机。

小河口电排站电气接入系统见图4。该泵站装设S11-6300/35主变压器一台，站用变压器接于35kV母线上；10kV低压侧采用单母线接线，10kV并联电容器柜接在10kV电压母线上集中自动补偿，每台电机设置一台RYZQ高压干式软启动装置。

图4 小河口电排站电气接入系统

5 小型电排站接入系统典型设计

小型电排站的电压一般为35/0.4kV、10/0.4kV，电排与电网的连接一般采用树枝形“T”接，一回路电源进线[3]。变电所一般为露天布置，而电动机的配电装置(6kV或0.38kV)放在机房内。小型电排站变电所应尽可能地靠近厂房，便于统一管理。站用电和近区用电可以通过站(所)用变压器供电，若近区用电较多，为了避免近区用电事故影响站用电，也可以另设近区用电变压器。

a.方案一：接线方式见图5。电排站降压变电所设计2台主变压器，每台变压器一次侧各装一组跌落式熔断器，经高压母线与电网相连接。低压母线用闸刀开关分段，而各自经闸刀开关、自动空气开关分别与变压器二次侧相接。另外，低压母线分段后，2台变压器同时运行时，采用分列运行，以减少故障时短路电流。该接线的主要优点是：ⓐ接线简单，维护方便，投资节省；ⓑ用熔断保护的电路不要验算电动稳定和热稳定度。缺点是：ⓐ熔断器过载保护特性较差，更换熔断器时停电时间较长；ⓑ利用隔离开关或熔断器切断变压器空载电流受到变压器容量的限制，若变压器高压侧电压为10kV，则变压器容量一般不能大于1250kV·A，若变压器高压侧电压为35kV，则变压器容量一般不能大于4000kV·A。

图5 小型电排站接入系统方案一

b.方案二：接线方式见图6。变压器经过跌落式熔断器和隔离开关与电网相连接，隔离开关除作为检修隔离电源之用外，还用来接通和断开空载变压器。也有的变电所不装隔离开关，用跌落式熔断器兼作

接通和断开空载变压器和检修变压器时隔离电源之用。变压器二次侧经自动空气开关和闸刀开关与低压母线相接。如果变压器高压侧开关拉开时，低压侧无其他电源，则不必装检修用的闸刀开关。

图6 小型电排站接入系统方案二

c.方案三：接线方式见图7。变压器二次侧电压为380V，二次侧的隔离开关改装闸刀开关。如果变压器高压侧开关拉开时，低压侧无其他电源，则不必装闸刀开关。

图7 小型电排站接入系统方案三

三种方案主接线的可靠性、灵活性、经济性及适应范围定性分析比较见表2。

表2 小型电排站三种主接线方案比较

6 小型电排站接入系统实例

湖南常德青龙窖泵站电气接入系统见图8。该泵站设置S11-500/10主变压器一台，站用变压器接于10kV母线上；机房低压母线采用单母线接线，无功自动补偿装置接在机房电压母线上。此主接线供电可靠、操作检修方便、节约投资。

图8 青龙窖泵站电气接入系统

7 结 语

电排站接入系统方案在确保供电可靠性的前提下，应操作简单，配电装置布置合理，使工程造价最低。所有电排站的主接线方案可归纳为6种不同类型，根据各自特点有各自适应范围,6种不同类型主接线的可靠性、灵活性和经济性同样各有特点。实践中可根据具体情况选用不同类型的主接线形式。

[1]周祖红.中小型电排站电气设计及设备选型[J].中国农村水利水电，2003(2).

[2]西北电力设计院.电力工程设计手册[M].上海:上海科学技术出版社，2009:183-195.

[3]李斌.小型水电站接入系统的设计与研究[D].上海:2004.12.

[4]付明远.中小型电站电气主接线可靠性分析[J].动力与电气工程, 2010(14).

[5]Endrenyi J .Three-State Models in Power System Reliability Evaluations.IEEE Transactions on Power Apparatus and System.1971.Vol.PAS-90:1909-1916,No.2,May 2000.

DesignMethodofPowerIrrigationStationAccessSystem

HE Rong-feng

(HunanWaterConservancyandHydropowerTechnicalCollege,Changsha410131,China)

Engineering examples are combined in the paper for analyzing and summarizing main wiring program of six different types of power irrigation stations.The best access system method is studied.The reliability, flexibility and economy of the program are qualitatively analyzed.Six different types of power irrigation stations are designed, a design model is provided, and its application scope is determined.

power irrigation station; access systems; design

TM926

A

1673-8241(2014)1-0056-06