亭子口水电站应急备用电源选用浅谈

2015-04-19李红波

四川水利 2015年6期

李红波

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川苍溪，628400)

1 概述

亭子口水利枢纽位于嘉陵江中游，距苍溪县城15km，以防洪、灌溉及城乡供水、发电为主，兼有航运、拦沙减淤等功能。枢纽由挡水建筑物、坝后厂房、升船机等部分组成，最大坝高115m，坝长995m，水库正常蓄水位高程458m，相应库容34.68亿m3。枢纽水电站装机4×275MW，通过500kV一回线路接入500kV巴中变电站，承担川东电网骨干电源点的重任。

2 枢纽供电主系统分析

2.1 亭子口水利枢纽的地位

亭子口水利枢纽是嘉陵江上唯一控制性水利项目，在防洪等功能方面地位特别重要;亭子口水电站是川东北骨干电厂，库容大调节能力强，在电网中担任调峰调频作用。鉴于以上两方面的要求，枢纽应具有独立的应急备用电源，方能在外部系统电源消失的情况下，确保泄洪和厂房排水，并能根据电网需要快速进行“黑启动”恢复主网供电。

2.2 供电主系统现状

亭子口水电站主接线为角形接线，500kV送出线路只有一回，线路长达93km，多数穿越山区多雷地带，雷雨季节可能发生线路故障。正常情况下，由500kV主变低压侧的高厂变降压至10kV，作为主用厂用电。

外部保安电源由110kV左岸施工变电站提供，变电站由苍溪电网110kV陵江变电站同塔双回线路送电。施工变有两台110kV/10kV变压器，正常情况下两段母线分段运行。

厂用电系统分为10kV和400V两部分，有厂房配电室、坝顶配电室和升船机配电室。厂房配电室10kV分为四段，依次由断路器联络，每段主用由各台机组高厂变供电，相邻段互为备用。其中，Ⅰ、Ⅳ段分别接入左岸施工变外部保安电源;坝顶配电室10kV配电分为两段，分别由厂房配电室Ⅱ、Ⅳ段供电;升船机配电室10kV也分为两段，分别由厂房配电室Ⅰ、Ⅲ两段供电。

400V系统由厂房、坝顶和升船机三部分构成，各自由相应的10kV配电室提供，降压变压器与开关柜并排安装。其中，坝顶配电室现在安装一台800kW的柴油发电机，出线为400V，通过断路器接入大坝400VⅠ段，可以快速供电给坝顶各防洪设施。

2.3 增加厂房应急备用电源的必要性

根据现有设备情况，500kV线路只有一回，左岸110kV施工变电站可靠性一般，柴油发电机位于坝顶400V系统，也不便于快速接入厂房配电室。因此，为了保证厂房机组设备安全和快速“黑启动”机组需要，以及外部电源全部消失后确保厂房排水供电，有必要在厂房内设置一套柴油发电机组作为厂房应急备用电源。

3 柴油发电机组选用分析

3.1 柴油发电机组容量选择

亭子口水电站机组推力轴承为巴氏合金金属瓦，开停机过程中需要建立高压油顶起系统，且水轮机水导瓦为电动油泵强迫油循环冷却，这两项功能都需要提供交流电源，因此水轮发电机组不具有“全黑”启动功能。为了在外部交流电源全消失的情况下，确保设备安全和“黑启动”需要，应充分分析交流电源负荷及性质，尽量考虑必要的负荷来选择应急电源容量。

厂房柴油发电机组容量还应同时满足厂房渗漏排水等重要设施供电需要。

因此，当电站水轮发电机组提供的厂用电和外来交流电源全部消失时，必须由柴油发电机组向有关系统设备供电。根据亭子口主系统结构特点，任何一台机组可以利用厂房应急备用电源启动再迅速恢复厂用电，所以交流负荷选择只考虑一台机组启动需要和厂房渗漏排水系统等供电需求。其负荷统计如表1所示。

表1单台机组“黑启动”和厂房排水等供电负荷

考虑到柴油发电机组允许的平均输出功率应不大于备用功率70%的原则，根据表1成果，柴油机功率选择计算如下:

由P×70%=494.6kW

故P=706.6kW

另外，机组启动时电动机类负荷较多，柴油发电机组的容量选择，还须计及这些负荷同时启动时冲击电流对电源压降的影响。结合负荷启动方式分析和柴油发电机组负荷曲线校验，800kW容量柴油发电机完全可以满足电站机组启动负荷和厂房排水需求。

3.2 柴油发电机组安装位置选择

依据现场实际情况及距离负荷就近原则，柴油选择在3、4号主变室之间过道安装。此地点高程392m，上下游长9m，左右宽5m。由于楼上是GIS室，左右两侧是主变，楼下是400V配电室，柴油发电机组减震防震措施要切实可行。由于柴油发电机组运行时油烟较大，周边高压电气设备较多，需加长排烟管道(不能影响柴油机正常运行)至主厂房右端，排烟至较远及开阔地方，防止油烟污染周边设备。

3.3 柴油发电机组电压等级选择

现市面上供应的柴油发电机组，按电压等级分为高压和低压两种，高压一般指10kV三相三线制输出，低压一般指400V三相四线制。选取什么电压等级，必须结合实际，按照使用需求，从多方面对比分析。

3.3.1 从送电距离方面分析

10kV输电电流小，损耗低，电压降不明显，可以放置在远距离的位置。400V输电电流大，电缆使用多，热损耗大无法实现远距离供电。800kW低压发电机，额定电流1443A，假设1000m距离，如选用4根240mm2低压电缆，估算电压降约为46V，电压降太大，需要选用更多的电缆，电缆投资大。800kW高压发电机的额定电流为55A，1000m距离，如选用35mm2的电缆，电压降约为48V，对电压基本没有影响。3、4号主变室之间过道，距离厂房配电室输电距离100m以内，因此在输电距离方面，高、低压都能满足要求。

3.3.2 从配送电灵活性方面分析

根据厂用电接线方式，高压输出与厂用10kV系统电压一致，可直接接入10kV供电系统，带厂用电方式灵活，并能方便作为大坝用电的备用。低压输出直接接入400V厂用系统，能快速满足应急用电需求，但不能方便供给大坝用电系统。

3.3.3 日常维护分析

10kV发电机电压高，绝缘材料选用严格，日常维护技术要求高，备品备件购买相对较难。400V柴油发电机使用很普遍，维护技术要求低，备品备件易于购买，保证发电机绝缘性能简单，保养费用便宜。作为原动机的柴油机，不论输出电压如何，日常维护是相同的。

3.3.4 系统使用分析

10kV输出，需要通过降压变压器供给低压配电系统，冲击干式降压变压器会产生变压器额定电流5～8倍的励磁涌流，虽然持续时间只有几十ms，但依然会对发电机和变压器产生不利影响，也有可能造成开关保护跳闸。柴油发电机组低压输出，可以直接送给厂房400V配电系统，中间环节少，比较快速平稳，满足应急电源要快的基本要求。在非常特殊的情况下(例如厂用电消失，厂房或大坝柴油发电机故障)，大坝、厂房柴油发电机也可以通过升压后再降压，互为备用电源。

3.3.5 施工分析

厂房10kV配电室开关柜有负荷备用开关柜，使用10kV电压需要改造成进线开关柜，需重新更换10kV真空开关，盘柜内CT也需改造，接地刀闸需要拆除，改造量较大，但电缆数量少直径小，便于敷设安装。低压柴油发电机可直接接入400V系统，400V系统原设计预留了进线开关，但是电缆接入位置较小，不方便安装施工，需重新改造增加连接铜排扩展接线位置，而且接入电缆需6根3×185mm2电缆，施工工作量大难度高。