黄家寨水电站电气一次设计

摘 要：合理电气一次设计方案，对于确保水电站发变电运行，具有较高的技术可靠性和节能经济性尤为重要。结合黄家寨水电站电气一次设计实例，从主接线方案比选、厂用电方案确定、电气设备选型、设备布置等方面，对水电站电气一次设计技术要点进行了认真探讨。

关键词：水电站；电气一次；变压器；电气设备

1 电站与电力系统的接入方式

黄家寨水电站位于贵州省水城县猴场乡古牛河上，距水城县85公里，距米箩乡约17公里。现阶段暂按电站35kV出线一回，接在110kV米箩变电站的35kV母线上，作为上网落点，并接受供电局地调的调度。电站暂不考虑调相运行方式。电站距米箩变电站的输电距离约17km，输送容量约9.8MW，多年平均年发电量为3826万kW.h时，按年利用小时为3904h。丰水期在系统中承担基荷，由于保证出力仅为805kW，枯水期采用停机蓄水-发电的运行方式，避免机组长期在低负荷下运行，客观上又参与了调峰运行；水轮发电机运行工况主要为停机、1台发电、2台发电三种工况。

2 电气一次方案技术经济比选

2.1 主接线的初拟及比选

发电机和变压器的组合方式，作了以下三个方案进行比较：

方案一：两机一变，发电机电压6.3kV侧为单母线接线；升高电压35kV侧采用变压器线路组接线。主变为一台双线圈变压器（容量12.5MVA）。

方案二：一机一变，发电机电压侧采用发电机变压器组单元接线，升高电压35kV侧单母线接线。主变为两台双线圈变压器（容量6.3MVA）。

方案三：两机两变，发电机侧为单母线断路器分段接线；升高电压35kV侧采用单母线接线。两台主变均为双线圈变压器（单台容量为6.3MVA）。

三个方案的技术比较。从供电可靠性、动行灵活性方面考虑：方案二、三高于方案一，但方案二、三发电机电压设备和升高电压设备多，布置占地方，维护检修工作量比大，这方面不及方案一优越。三个方案经济性，比较方案二、三接线比方案一接线所需的主变及高压断路器数量多，设备投资比方案一增加85万元和103万元左右，加上土建、保护、运输及其他费用，增加的综合投资更大。虽然单母线接线（方案一）可靠性方案（二、三）低，但是主变压器是静止元件，可靠性本来就很高，出现故障的情况十分罕见，所以主变台数对可靠性的影响并不很明显。

综上所述，推荐方案一为本电站的电气主接线。

2.2 厂用电及坝区用电

2.2.1 厂用电电源

初拟装两台厂用变，一台接在发电机电压母线上，可靠性高，且经济，是水电站取得厂用电源的常用方式；另一台接在35kV线路断路器外侧，可不经主变便可从网上倒送厂用电。考虑初拟的厂用电气设备容量和检修负荷，现阶段接于发电机母线的厂用变压器的容量暂按315kVA考虑，当本台厂用变压器检修或出现故障时，另一台厂用变压器能担负正常运行的厂用电负荷或短时最大负荷。因此，接于网上电源的厂用变压器容量初选为250kVA。

2.2.2 厂用电接线方式

（1）厂用电接线。电站装机容量为9.8MW，属于小型电站，厂用电供电方式采用机组自用电与全厂公用电的混合供电方式。厂内及其附近的厂用电低压负荷采用由厂用盘直供，或通过厂用盘到配电箱供电方式，配电箱布置于所供电的负荷附近。对于可靠性要求较高或者容量较大的负荷，从厂用盘直接以单层辐射供电。

（2）坝区用电。坝区离厂房约0.3km，现阶段考虑该电站建成后的生活区用电情况，因此由厂房经升压变压器引一回10.5kV线路，向坝区和生活区供电。变压器的容量按坝区和生活区的负荷大小决定，现阶段均按200kVA考虑。由于坝区有泄洪弧形工作闸门，必须保持坝区有两个独立的供电电源。为此，在保留的坝区施工线路上再接一台200kVA的降压变压器，作为坝区的备用电源。坝区设一个低压配电室，向用电设备采用单层幅射供电。而坝区两台降压变压器应尽量靠近该室布置（可布置在П型终端杆上）。坝区低压用电系统，采用单母线分段接线形式，对两电源进采用机械闭锁装置，以防非同期合闸。对泄洪弧形工作闸门保证独立的双电源供电。

2.2.3 厂用电设备选择

400V配电装置选用GCSK型低压配电屏。布置在户内的厂用变压器，采用树脂浇注干式变压器，布置在户外的采用油浸式变压器。

3 主要电气设备选型

发电机电压6.3kV系统和升高电压35kV系统选择成套高压开关柜，发电机主回路选用铜母线。发电机出口断路器采用能开断40%直流分量的ZN63A（VS1）型断路器，以满足开断直流分量和减少操作过电压的要求。

（1）6.3kV开关柜成套设备（含发电机出口断路器柜）：共8面，型号KYN28A-12系列；额定电压7.2kV；额定频率50HZ；额定电流2000A；额定短路开断电流31.5KA，25KA；额定短路关合电流（峰值）63KA，80KA；额定热稳电流（4S）25KA，31.5KA；额定短路开断电流开断次数50次；机械寿命20000次。

（2）主变压器：型号S9-12500/35；额定电压38.5±2×2.5%/6.3kV；容量12.5MVA；接线组别YNd11；自然冷却；阻抗电压8%；1台。

（3）厂用变压器：型号SCB10-315/6.3和S9-250/35各一台；额定电压6.3±5%/0.4kV和38.5±2×2.5%/6.3kV；容量315kVA和250kVA；接线组别Dyn11；阻抗电压4%和6.5%。

（4）35kV开关柜（含出线断路器柜）：型号XGN17-40.5系列；3面；额定电压40.5kV；额定频率50HZ；额定电流1250A；额定短路开断电流25KA；额定短路关合电流（峰值）63KA；额定热稳电流（4S）25KA；额定短路开断电流开断次数30次；机械寿命10000次。

4 电气一次设备布置

电站设副厂房，布置在主厂房上游侧。以便电气设备与水机设备分区布置。主副厂房的电气设备布置要满足安全净距的要求，各种通道要便于运行巡视操作，搬运检修和事故处理。设备的具体位置要尽量考虑缩短连接导体的长度。在总体布置满足要求的前提下，也尽量考虑节省土建费用。在主厂房上游侧按机组段，布置有励磁屏、发电机保护屏、测温制动屏、机组现地单元LCU屏等机旁屏。副厂房总共分四层，其中副厂房一、二层全长32.9m。第一层宽7.142m，位于796.55m高程，高4.63m（由副厂房第二层和安装间同高来决定），布置發电机主引出线、励磁变、干式厂用变等；另外在本层还布置了仪器仪表室和楼梯间。第二层位于801.11m高程，与安装间同高，宽7.142m。该层布置有中控室、35kV高关柜室、通信室及其他功能室，如布置了过道及搬运能道。副厂房第三、四层全长为10.88m，第三层为电缆夹层，宽7.142m，位于806.38m高程，本层高3.05m。第四层是6.3kV高压开关柜室，宽7.142m，位于809.43m高程，本层高3.95m。发电机出线采用铜母线，主变低压侧采用敞开式硬母线。主变压器布置在副厂房右端且紧靠副厂房的801.11m高程上，运输方便。

5 结束语

在水电站电气一次设计过程中，经技术、经济等方面进行综合比较，优选符合工程特性的主接线方案尤为重要，采用先进功能齐全自动化水平较高的电气一次设备，不仅可以提高水电站发变电的安全可靠性，同时可以有效减少水电站发变电设备占地面积，确保水电站投资建设具有较高的技术可靠性和经济效益。

作者简介：张飞跃（1987-），汉，本科，助理工程师，主要从事水利水电电气工程设计工作。