古巴玛雅里水电站右岸厂房电气一次设计

2015-03-16袁文娟张献忠

小水电 2015年5期

关键词：厂用电玛雅接线

袁文娟，张献忠

(1.水利部农村电气化研究所，浙江杭州 310012；2.金华市安地水库管理处，浙江金华 321052)

古巴玛雅里水电站右岸厂房电气一次设计

袁文娟1，张献忠2

(1.水利部农村电气化研究所，浙江杭州 310012；2.金华市安地水库管理处，浙江金华 321052)

介绍古巴玛雅里水电站右岸厂房电气一次设计过程，对电气主接线及厂用电方案的确定、发电机和主变压器等电气设备的选择、过电压保护和接地装置的选择、照明及电缆桥架等进行了描述。图1幅，表1个。

电气主接线；厂用电；电气设备选择；布置；过电压保护；接地；照明；电缆桥架

1 电站概况

玛雅里水库位于古巴东部的奥尔金省玛雅里市，是玛雅里河的主要水库，其工程开发目的是用于灌溉周边的农田、控制洪峰，减小河流下游地区的洪水影响，并可以进行水力发电；坝址流域面积1 072 km2，正常蓄水位相应库容3.53×108 m3。玛雅里水电站利用已建的玛雅里水库为水源，电站由左岸厂房和右岸厂房组成，发电厂房均为地下厂房。左岸厂房安装1台机组，装机容量为1 150 kW；右岸厂房安装4台机组，其中1号和2号机组单台装机容量为1 223 kW；3号机组装机容量为400 kW；4号机组用于电站黑启动使用，装机容量为50 kW，右岸厂房总装机容量为2 896 kW。电站年利用小时数为4 500 h左右，按少人值班控制方式设计，采用计算机监控系统控制。

2 电站接入电力系统方式

按照电网的现有布局和奥尔金市电力公司要求，玛雅里水电站输出采用一回34.5 kV出线，向附近的负荷区供电，并接入Nicaro 110 kV变电站。拟在玛雅里大坝下游设34.5 kV降压变电站1座，左岸厂房和右岸厂房各采用一回34.5 kV出线，分别从各自交通洞口出线架经700 m和200 m的架空导线且在坝后变电站的34.5 kV母线汇合后，用一回34.5 kV输电线路送至附近110 kV变电站，并入奥尔金市电网。

以下简要介绍右岸厂房的电气一次设计。

3 电气主接线及厂用电

右岸厂房共安装4台水轮发电机组，其中1号和2号机组额定容量1 223 kW，额定电压6.3 kV；3号机组额定容量400 kW，额定电压6.3 kV；4号机组额定容量50 kW，额定电压0.22 kV(电站黑启动用)。根据右岸厂房装机和出线情况,并结合运行工况,拟定两个电气主接线方案进行比较。

方案一：6.3 kV侧采用单母线接线，厂用电源引自6.3 kV母线，4号机组接在厂用变压器低压侧的0.22 kV母线上，34.5 kV侧采用变压器—线路组接线方式。

方案二：6.3 kV侧为一机一变单元接线，厂用电源引自34.5 kV母线，0.22 kV的低压机组接在厂用变压器低压侧的0.22 kV母线上，34.5 kV侧采用单母线接线方式。

从技术上看，两个方案均能满足安全发供电的需要。从经济上看，方案二比方案一设备投资明显要多，不仅多出3个34.5 kV断路器的投资，3台主变压器的总投资也比方案一的1台主变压器投资多，且占地面积大。从电网长期运行情况看，事故大部分发生在输电线路上，主变压器的事故极少，3台主变压器虽然比1台主变压器运行可靠性大，但不十分明显。综合比较技术性和经济性，推荐方案一为本电站电气主接线。

厂用电供电范围包括隧洞内厂房和洞口出线架区域。为简化接线，厂用电采用公用电和机组自用电混合供电方式。根据厂用电负荷统计结果，厂用电最大负荷容量为134.45 kW，采用综合系数法，全厂厂用电负荷混合供电时的综合系数取0.78，则最大计算负荷为104.87 kVA。由于厂用电负荷中最大的是20.7 kW的电动机，因此本电站右岸厂房采用220/127 V三相五线低压供电系统。设干式厂用变压器1台，容量选用125 kVA，电源引自主变压器低压侧的6.3 kV母线。

4 主要电气设备选择

(1)短路电流计算。根据古巴电力部门提供的资料，系统送至玛雅里大坝下游侧34.5 kV变电站34.5 kV母线侧的三相短路电流为4.883 kA(基准电压34.5 kV)，即短路容量S″xt为291.778 8 MVA。按运算曲线法进行三相短路电流计算(见图1)。

图1 短路电流计算接线示意

右岸厂房各短路点短路电流计算结果主要数据如下所示(见表1)。

(2)主要电气设备的选择。由于玛雅里水电站右岸厂房建在拦河坝的右岸山体内，业主要求隧洞内尽量减少开挖，设备总体布置要紧凑。因此，厂房内主要电气设备除发电机外均采用了柜体的形式，主要电气设备选择如下：

①水轮发电机。1号和2号发电机采用SFWE—W1223—10/1430型卧式机组，额定容量1 223 kW，额定电压6.3 kV，额定转速720 r/min。3号发电机采用SF400—8/990型立式机组，额定容量400 kW，额定电压6.3 kV，额定转速900 r/min。4号发电机采用SF50—8/493型立式机组，额定容量50 kW，额定电压0.22 kV，额定转速900 r/min。4台机组的额定频率均为60 Hz，功率因数均为0.80(滞后)，全部采用无刷励磁方式。

② 主变压器。主变压器选用SC10—4000/34.5型带外壳户内干式变压器，额定容量4 000 kVA，电压比为34.5±2×2.5% kV/6.3 kV，额定频率60 Hz，接线组别为YNd1，阻抗电压百分比为8%，采用自然冷却方式。

表1 右岸厂房各短路点短路电流计算

③主变压器高压侧34.5 kV断路器。34.5 kV断路器采用HD4—40.5型手车式六氟化硫断路器，额定电压40.5 kV，额定电流1 250 A，额定频率60 Hz，额定短路开断电流和短时耐受电流为25 kA，额定峰值耐受电流和短路关合电流为63 kA，额定短路持续时间为3 s。

④6.3 kV断路器。6.3 kV断路器采用FP1231B型手车式六氟化硫断路器，额定电压12 kV，额定电流630 A，额定频率60 Hz，额定短路开断电流和短时耐受电流为31.5 kA，额定峰值耐受电流和短路关合电流为80 kA，额定短路持续时间为3 s。

⑤0.22 kV发电机出口断路器。0.22 kV发电机出口断路器采用MVS06N型空气开关，额定电压0.22 kV，壳架等级额定电流630 A，额定电流300 A，额定频率60 Hz，额定运行极限分断能力和短路分断能力均为50 kA，1 s额定短时耐受电流35 kA。

上述断路器与其他电气设备一起采用成套开关柜的形式，布置在厂房内，其中0.22 kV发电机出口断路器和二次控制保护等设备合并成1面屏。此外，在隧洞外出线架区域还配备了1套34.5 kV设备，包括1组跌落式熔断器、1台带自动重合闸功能的六氟化硫断路器、1组隔离开关和1组氧化锌避雷器，这些设备均采用敞开布置的形式。

5 过电压保护和接地

为防止雷电直击于电气设备上，在右岸厂房的户外出线架场地内装设了2根3.25 m的构架避雷针，针顶离地11.796 m，以保护户外配电装置。为防止雷电侵入波及操作过电压损坏电气设备，在34.5 kV出线侧、34.5 kV电压互感器柜、6.3 kV母线和0.22 kV各级配电柜母线装设了金属氧化锌避雷器或浪涌保护器进行保护。

古巴的34.5kV电网为中性点直接接地系统。本电站右岸厂房34.5、6.3 kV及0.22 kV电力设备共用1个接地装置，要求总接地电阻不超过1 Ω。接地装置在充分利用电站地下、水下钢结构作为自然接地体的基础上，在户外尾水洞出口附近敷设以水平接地体为主的人工接地网(公用接地网)。整个接地网由洞内厂房接地网、34.5 kV出线架场地接地网和公用接地网等组成，各接地网之间用2根95mm2裸铜绞线连接，接地网主干线均采用95 mm2裸铜绞线，至设备分支线采用70 mm2裸铜绞线，垂直接地体采用φ20铜包钢接地棒。